激光选区熔化过程中飞溅行为的演化模型及调控机制

项目负责人：曹流 博士 讲师

  简介：激光选区熔化(SLM)直接快速成形高性能复杂金属零件是增材制造(3D打印)技术的发展方向，但激光束与金属粉末间的复杂相互作用导致飞溅缺陷成为SLM成形大型零件的瓶颈。如何定量阐释小孔熔池、金属蒸气、粉床剥蚀以及保护气体对飞溅三维速度与运动轨迹的影响规律，并为飞溅缺陷调控提供科学且简便的工程依据是关键科学问题所在。为此，本项目提出基于任意拉格朗日-欧拉方法描述SLM飞溅动力学行为的新思路，开展数学建模、特征观测、工艺调控等基础研究。重点研究内容为：在欧拉框架下采用三相流模型处理小孔熔池、金属蒸气以及保护气体间的互洽关系；在拉格朗日框架下追踪粉床颗粒与飞溅的运动，并描述飞溅间的粘结或合并行为。基于上述工作，结合飞溅原位观测研究，辨识影响飞溅行为的主要工艺因素，探明无明显飞溅或有效减轻飞溅的成形策略，最终揭示飞溅行为改善的调控机制。本研究有助于突破SLM成形大型金属零件的瓶颈问题，具有重要的理论与实际意义。