激光选区熔化Ti6Al4V粉末层结构对能量吸收率影响的数值分析

• 作者: 胡雪兰 王智隆 王梦媛 王亚如
• 来源期刊: 应用激光
• 学科: 工学
• 关键词: 激光选区熔化 能量吸收率 数值分析 粉末层结构
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 页码范围: 21-30
• 页数: 10页
• 分类号: TG665
• 语种: 中文
• DOI: 10.14128/j.cnki.al.20224201.021

摘要

利用COMSOL软件,基于射线追踪方法建立粉末层中激光能量吸收行为的三维介观尺度模型,研究Ti6Al4V粉末粒径、粉末层厚度、粉末空间分布和粒径分布对激光选区熔化工艺中能量吸收率的影响,并探究激光能量在粉末层中的传输规律.结果 表明,粉末粒径在5～60μm之间时,密排堆垛粉末层能量吸收率在63.06％～63.24％之间;松散随机堆垛粉末层能量吸收率增加到69.37％～70.46％之间,其能量吸收率沿扫描路径波动值在粉末粒径由20μm增大到25μm时,从0.68％骤增到1.99％.粉末层能量吸收率对粉末粒径变化不敏感,但考虑SLM扫描过程中能量吸收的稳定性,应控制粉末粒径小于25 μm.在密排堆垛粉末层中,粉末层激光能量吸收主要发生在粉末层表层,渗透深度为30 μm左右,在粉末层一倍粉末粒径深与基底处,存在由孔隙中能量积累造成的吸收率陡增.松散随机堆垛粉末层中能量渗透深度为两倍粉末粒径左右,故最优铺粉厚度为两个粉末粒径.粒径高斯分布与均一分布的粉末层能量吸收率分别为69.2％与70.3％,存在相互替代可能性.研究结果可为激光选区熔化工艺中粉末材料的制备提供一定的理论依据.同时,其计算模型可推广到其他粉末材料对激光能量的吸收率计算.