激光粉末床熔融增材制造未熔合气孔缺陷形成机理研究

Abstract

目前，基于激光粉末床熔融（LPBF）增材制造的成形件会不可避免地存在一定程度的气孔缺陷，为探究该缺陷的形成机理，以AlSi10Mg为研究对象，采用离散元法（DEM）和计算流体力学（CFD）对激光增材制造过程中单层和多层成形的熔池流场进行了数值模拟。通过调节激光功率和扫描间距，分析了加工参数对LPBF单道、多道和多层缺陷的影响机制。结果表明：低功率时，熔道易产生球化、扭曲、气孔等缺陷，而高功率时飞溅现象加剧；对于多道成形，扫描间距过大会使搭接区形成气孔缺陷，扫描间距过小将加剧积热效应。对于层间转角为67°、采用棋盘格扫描策略的多层打印，单棋盘格熔道两端的高度不同和道间沟壑是影响铺粉表面粗糙度的主要因素，凹凸不平的铺粉表面会影响铺粉层的厚度均一性，在激光能量不足时导致层间产生气孔，进而影响层间结合质量；适宜的能量输入有助于形成粗糙度小的铺粉平面和足够的熔深，减少层间气孔缺陷。