【摘 要】
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近年来增材制造技术快速发展,其中选区激光熔化成形技术（Selective laser melting,SLM）已经广泛应用于医疗器械、航空航天、电力设备和生产建筑等领域。SLM成形件内部缺陷的存在影响成形件的性能,也制约该技术的进一步应用,因此研究其内部缺陷的形成机理具有重要的意义。由于SLM成形过程涉及多物理场、多尺度的耦合等瞬变过程,因此通过实验手段研究SLM成形件内部缺陷的形成机理是非常困难
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近年来增材制造技术快速发展,其中选区激光熔化成形技术（Selective laser melting,SLM）已经广泛应用于医疗器械、航空航天、电力设备和生产建筑等领域。SLM成形件内部缺陷的存在影响成形件的性能,也制约该技术的进一步应用,因此研究其内部缺陷的形成机理具有重要的意义。由于SLM成形过程涉及多物理场、多尺度的耦合等瞬变过程,因此通过实验手段研究SLM成形件内部缺陷的形成机理是非常困难的,本论文通过数值仿真的方法模拟了SLM的成形过程,研究了Inconel 718合金单道和双道成形过程中熔池的微观演变过程,分析了选区激光熔化过程中的缺陷形成原因,为SLM的控形控性策略提供支持。论文的主要工作如下:1.通过EDEM仿真软件建立了不同填充密度的离散粉末层,深入了解颗粒在SLM过程中的运动、传热、熔池变化,使得模型贴近于实际情况,提高数值模拟的准确性。2.通过离散元的方法建立了选区激光熔化成形的三维动态单道模型,利用FLOW-3D软件模拟了Inconel 718SLM单道成形的过程,并分析了不同扫描速度、激光功率和填充密度对熔池温度、流体流速和熔道形貌的影响。研究发现随着填充密度的增加,熔池内部的传热及流动稳定性增强,有利于形成良好的冶金效果。确定了最优工艺参数为:激光功率P=180W,扫描速度V=1000mm/s。3.引入线能量密度（L=P/V）,分析了SLM成形过程中球化、气孔、单道不平直和边缘侵蚀缺陷的形成原因,并给出预防措施和建议。研究发现线能量密度影响熔池内的最高温度和流体流速,进而影响熔道的形貌,最终影响成形的质量。4.建立了双道的熔池流动数值模型,模拟了Inconel 718SLM双道成形的过程,探讨了不同的扫描方式和扫描间距对熔池温度、流体流速和熔道形貌的影响,分析了SLM双道成形的缺陷,并给出预防措施与建议。研究发现单向的扫描方式或减小扫描间距都会降低SLM成形缺陷的形成,从而增加了成形件的致密度和表面质量。
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