研究目的
通过开发一个集成建?？蚣?，以深入理解多轨迹、多层次和多材料的选择性激光熔化（SLM）过程。
研究成果
该研究全面揭示了多材料选区激光熔化工艺的机理，重点阐明了针对不同材料调整能量密度与扫描间距的重要性，并解析了对流作用在材料混合及异种材料界面元素扩散过程中的关键影响。
研究不足
该研究未考虑蒸发导致的质量损失，并假设Cu10Sn的激光束吸收率恒定。模型还将Cu10Sn的热性能简化为不受温度变化影响的恒定值。
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多道次、多层及多材料选区激光熔化过程中熔池演化与熔道形成的多物理场建模
DOI：10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119458
期刊：International Journal of Heat and Mass Transfer
出版年份：2020
更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要：
选择性激光熔化（SLM）是一种极具前景的粉末基增材制造技术，因其能够制造具有复杂几何形状的金属部件。尽管以往大多数研究聚焦于单材料打印，但近期面向行业的研究表明，在医疗器械、航空航天和汽车等高价值制造领域需要多材料SLM技术。然而由于实验观测的困难性，理解多材料SLM的底层物理机制仍具挑战。本文开发了多道次、多层及多材料SLM的集成建模框架，以深化对该工艺的理解。主要创新点在于模拟同层及跨层沉积多种材料的熔池演变与道次形貌。采用离散元法（DEM）重现不同沉积模式下多种材料的粉末铺展过程，并导入粒度分析仪获取的粒径分布数据。通过不同激光能量输入研究了球化效应、匙孔凹陷及层间未熔合等多种现象。基于不同热物性参数，针对多种粉末材料优化了能量密度和扫描间距等工艺参数，以获得连续道次轮廓并提升扫描效率。模拟实现了不同材料层间界面的可视化，发现界面相迁移与熔池内对流流动相关，这种流动促进了两种材料的混合及元素扩散。本研究通过提供从多材料粉末沉积到激光与多扫描道次/不同构建层粉末相互作用的深入认知（这是单纯实验难以实现的），显著推动了多材料增材制造这一挑战性领域的发展。
作者：
Heng Gu，Chao Wei，Lin Li，Quanquan Han，Rossitza Setchi，Michael Ryan，Qian Li
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