定向能量沉积增材制造过程中粉末对凝固影响的数值模拟

• 作者: 姚欣欣 李健宇 王艺飞 高翔 张昭
• 来源期刊: 中国有色金属学报（英文版）
• 关键词: 增材制造 粉末颗粒 相场 显微组织演变 颗粒尺寸分布
• 年，卷（期）: 2021,（9）
• 所属期刊栏目: 矿业工程? 冶金工程|Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
• 页码范围: 2871-2884
• 页数: 14页
• 语种: 英文
• DOI: 10.1016/S1003-6326(21)65700-X

摘要

对激光定向能量沉积增材制造过程中粉末对颗粒温度和显微组织的影响进行模拟.利用离散元法模拟金属粉末颗粒的空间分布;借助电磁波理论分析,计算颗粒和激光的相互作用时飞行颗粒所消耗的能量.结合相场法,研究颗粒尺寸对显微组织演变的影响.通过与实验观察到的显微组织进行对比来验证模型的有效性.结果表明,窄粒度分布有利于获得更加均匀的沉积层温度,并有利于在样品侧面形成较小的等轴晶;适当尺寸的粉末颗粒有利于将电磁能转化为热能.粒径小的颗粒有助于形成等轴晶粒,提高产品质量;合适的粉末流量可以提高激光能量效率;较高的粉末流量使得截面两侧的等轴晶粒分布更加均匀.