侵权投诉
搜索
更多>> 热门搜索:
订阅
纠错
加入自媒体
发文

研究:激光选区熔化金属3D打印,飞溅与剥蚀的数值模拟

激光选区熔化(SLM)是基于金属粉末床逐层熔融、堆积与成形的一种增材制造技术。SLM可以制造高致密度且具有复杂精细几何结构的金属零件,相关制品已在生物医疗、航空航天、模具制造等领域获得相关应用,是金属增材制造领域的前沿技术。但是SLM成形过程中,存在严重的粉末飞溅与剥蚀现象,容易加重孔隙、裂纹、球化等成形缺陷,进而降低零件性能,成为制约SLM应用于发展的瓶颈之一。

△基于FVM-DEM动态耦合模拟的SLM粉末床飞溅与剥蚀行为

飞溅与剥蚀是目前SLM研究中的热点与难点。通过高速/高倍光学摄像、X摄像同步辐射成像等实验手段,可以在粉末颗粒尺度对飞溅与剥蚀现象进行观测。但是,飞溅与剥蚀过程的流场形成、温度演变、压力分布等关键信息仍难以直接捕捉,因此,难以直接剖析SLM飞溅与剥蚀行为的内在物理学机制。现有针对SLM熔池的数值模型中,通常将DEM的粉末床作为初始几何条件,单向输入至FVM模块,然后再FVM模块中计算“固定粉末床”的熔融过程,整个过程只能将离散的粉末床视作固定的几何床,无法实现激光扫描过程中粉末床飞溅与剥蚀行为的计算。

近期,《Acta Materialia》报道了题为“Spattering and denudation in laser powder bed fusion process: multiphase flow modelling”的研究。该研究将有限体积法(FVM)与离散单元法(DEM)进行双向动态耦合,实现了SLM粉末床飞溅与剥蚀行为的计算与模拟。研究论文由陈辉(苏州工业园新国大研究院副研究员)及合作导师闫文韬(新加坡国立大学Assistant Professor)发表。

该研究首先计算了SLM激光扫描过程中,扫描道周围粉末颗粒的剥蚀运动与飞溅运动,结合光学摄像等实验观测结果对模型进行了校对。通过周围流场演变的计算,揭示了熔池金属喷发气体带动周围气体形成内向涡流,进而驱动粉颗粒形成吸卷与喷射,由此导致剥蚀与飞溅的物理过程。其次,计算了气体热膨胀导致的流场变化与粉末温度变化过程,并由此排除了实验分析中气体热膨胀引起剥蚀与飞溅的假设。最后,计算了不同金属蒸汽喷射角状态下的剥蚀与飞溅过程,对如何削弱SLM剥蚀与飞溅行为进行了探讨。该文为SLM飞溅与剥蚀的研究提供了一种数值模拟建模思路与方案,有助于深入了解飞溅与剥蚀行为的内在物理学机制,并进行相关改善。

△SLM熔池金属气体的喷射及粉末驱动过程

1  2  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号