在选区激光熔化制造（SLM）过程中，高速激光作用在粉末上形成快冷快热效应，成形件易产生变形、裂纹等缺陷。成形所需构件通常需要多次试错，高昂的试错成本阻碍了SLM技术的发展。近年来研究人员致力于通过计算机数值模拟来模拟SLM过程中的温度场表现，进而分析导致构件缺陷的原因，以求降低试错成本。

印度理工学院的研究团队采用体热源模拟激光光源，忽略高温下的材料蒸发，考虑材料间的热传导传热和辐射传热，建立传热模型，并进行了Ti6Al4V粉末的SLM数值模拟实验。他们通过改变激光功率和扫描速度两个关键工艺参数来执行模拟。图1展示了到达准稳态时，在100W激光功率和500mm／s扫描速度下单道扫描的模拟温度场分布。

如图2所示，在激光功率100W和扫描速度500mm／s的工况下，计算熔池的重熔区与实验测得的重熔区形貌具有较高的一致性。图3展示了在较低能量密度情况下，计算所得熔池尺寸与实验测得熔池尺寸相符程度较高。

图4展示了扫描速度分别是100mm／s、200mm／s和300mm／s时，计算所得熔池最高温度与测量最高温度的对比。由于SLM过程中的快冷效应，高温下温度测量存在误差，在当前300K的温度差异下可以认为模拟最高温度与实际最高温度一致性较好。

当前，计算机数值模拟可以计算多种实验参数下SLM过程中的温度场，且具有一定的可靠性。随着计算模型的不断完善，研究人员可以根据较准确的温度场数据发现问题，调整激光功率及扫描速度等实验参数，从而减少实验，减少试错成本。

图1 单道扫描的模拟温度场分布

图2 计算熔池与测量熔池重熔区形貌对比

图3 计算熔池与实验测得熔池尺寸对比 （a）宽度 （b）深度

图4 计算所得与测量所得熔池最高温度对比

参考文献：

Ashish Kumar Mishra， Arvind Kumar， Numerical and experimental analysis of the effect of volumetric energy absorption in powder layer on thermal－fluidic transport in selective laser melting of Ti6Al4V，Optics ＆ Laser Technology， Volume 111，2019，Pages 227－239．

来源：南极熊3D打印网