选区激光熔化纯钨——粉末粒径对激光吸收的影响和扫描轨迹形成机理研究

论文摘要

本文建立了基于线迹追踪的三维激光吸收模型,用于描述选区激光熔化（SLM）成形纯钨粉末时激光束与粉末层的相互作用,研究了粉末粒径大小对粉末激光吸收率和吸收行为的影响。本文给出了激光吸收率、粉层吸收辐照度及其分布、激光扫描轨迹的表面形貌和几何特征（如接触角、宽度和高度,以及重熔深度）之间的内在关系。模拟结果表明,粉末层的吸收率大大超过单一的粉末颗粒或致密平板材料的吸收率。随着粉末粒径增加,粉末层吸收的激光能量减少。当粒径为5μm时,纯钨粉末层的吸收率最大达到0.6030。激光辐照度在粉床颗粒表面的分布与粒径大小、方位角和粉末在基板上的位置有关。当粒径从5μm增加到45μm时,粉末层中的最大辐照度从1.117×10–3W·μm–2降低到0.85×10–3W·μm–2,并且位于中心辐照区域的辐照度分布轮廓逐渐收缩。对SLM纯钨扫描轨迹的表面形貌和横截面几何特征进行了研究,结果验证了模拟的粉末激光吸收行为。该工作对线迹追踪模型预测SLM扫描轨迹润湿性和铺展性的应用提供了科学依据,从而更好地获得优异的激光成形性能。

论文目录

• 1. 引言
• 2. 建模参数设置和控制方程
•   2.1. 光学理论基础
•   2.2. 模型建立
• 3. 实验方法
•   3.1. 粉末制备
•   3.2. SLM成形
•   3.3. 实验表征
• 4. 结果与讨论
•   4.1. 吸收率和多重反射
•   4.2. 粒径大小对辐照能量的影响
•   4.3. 吸收辐照度的分布
•   4.4. 粒径对激光扫描轨迹的影响
• 5. 结论
• 1.Introduction
• 2.Modeling setup and governing equations
•   2.1.Theoretical basis of optics
•   2.2.Modeling
• 3.Experimental procedure
•   3.1.Powder preparation
•   3.2.SLM processing
•   3.3.Characterization of scanning tracks
• 4.Results and discussion
•   4.1.Absorptivity and multiple refraction
•   4.2.Influence of particle size on irradiated energy
•   4.3.Distribution of absorbed irradiance
•   4.4.Effect of particle size on the processing ability of the laser scanning track
• 5.Conclusions

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 章佳窈,顾冬冬,杨莹,张红梅,陈洪宇,戴冬华,林开杰

关键词: 选区激光熔化,线迹追踪模型,吸收率,激光扫描轨迹

来源: Engineering 2019年04期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,工程科技Ⅰ辑

专业: 金属学及金属工艺

单位: College of Materials Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Jiangsu Provincial Engineering Laboratory for Laser Additive Manufacturing of High-Performance Metallic Components, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

基金: 科学挑战项目（TZ2018006-0301-02和TZ2018006-0303-03）的资助~~

分类号: TG665

页码: 307-326

总页数: 20

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