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选区激光熔化SLM金属3D打印的熔池及单道熔覆层仿真剖析

选区激光熔化(Selective Laser Melting;SLM)的加工进程中存在着功率与质量的平衡,当粉末铺得比较厚,激光扫描速度增加的时分,加工功率比较高,但是也容易发生熔覆层不平坦或许两层之间空地增加的现象。

怎么找到完美的平衡?经过仿真的手法能够更直观的研讨激光选区熔化制备机理并为相关工艺参数优化供给辅导。本期,仿真专家凭借离散元剖析软件Rocky和核算流体动力学剖析软件Ansys Fluent 对激光选区熔化铺粉进程及单道熔覆层的构成进程进行仿真剖析,并在必定工况范围内研讨了激光功率、激光扫描速度和铺粉层厚这三个参数对打印熔池及单道熔覆层的影响,该仿真进程的完成能够更直观的研讨激光选区熔化制备机理并为相关工艺参数优化供给辅导。

经过对激光选区熔化激光与粉末的相互作用,单道熔池内金属熔体的活动进程,相应工艺条件下熔池的形状及终究熔覆层的特性进行研讨能够深化了解SLM制备机理,并可对SLM制备工艺规划和优化供给辅导。离散元剖析能够对撒粉和铺粉进程进行模仿,然后树立粉末床模型;选区激光熔化SLM金属3D打印熔池及单道熔覆层的构成进程仿真能够选用核算流体动力学剖析完成。

加工原理及粉末床模型的树立

激光选区熔化(Selective Laser Melting;SLM)样品制备进程中以激光作为能量源熔化粉末构成熔池,且熔池内的金属会发生活动,跟着激光的移开,熔池凝结构成了单道熔覆层。熔池及单道熔覆层的特性影响着终究所制备零件的质量。选区激光熔化熔池及单道熔覆层的构成进程首要触及三个区域:基板(或已成形区域)、粉末层和维护气氛;粉末特性(球形度、粒度散布、活动性等参数)对所构成的粉末床层有重要影响。而粉末床对后续的激光选区熔化进程有重要影响,因此在仿真剖析进程中有必要对粉末床的成形进程进行剖析。

实践工况下粉末颗粒尺度不均匀,随铺粉工艺改动粉末颗粒的存在方位及颗粒距离也有所改变,本文选用离散元办法对金属粉末的铺粉进程进行了仿真剖析,模仿在Rocky中进行,包括有粉末床层的单道熔池核算域模型的树立进程如图1所示:

选区激光熔化SLM金属3D打印的熔池及单道熔覆层仿真剖析

图1:单道熔池核算域模型的树立进程,来历安世亚太

网格处理及初始化

本文单道熔池核算域模型选用多面体网格进行区分,终究的网格区分状况如图2所示。

选区激光熔化SLM金属3D打印的熔池及单道熔覆层仿真剖析

图2:核算域内部某XZ截面网格区分状况,来历安世亚太

初始设置将基板(或已成形区域)和粉末区域设置为金属相(本文核算为316L合金),其他部位为维护气体,各相在核算域中的存在状况如图3所示(图示为某一层厚状况,本文针对不同的层厚进行了剖析)。

选区激光熔化SLM金属3D打印的熔池及单道熔覆层仿真剖析

图3:初始各相在核算域中的存在状况,来历安世亚太

(赤色为金属基板及粉末区域,蓝色为维护气体区域)

激光功率的影响剖析

本文在其他制备参数共同的条件下比照了不同激光功率下熔池及单道熔覆层的形状,某工况下的比照成果见图4。

选区激光熔化SLM金属3D打印的熔池及单道熔覆层仿真剖析

图4:激光功率对熔池及单道熔覆层的影响,来历安世亚太

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