【摘 要】
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选择性激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）是利用激光加热合金粉末直接熔化凝固成金属零件的快速、高效、应用能力强的制造技术,且受到了国内外科研工作者的广泛关注。但是在成形过程中,扫描速度快、激光功率强,使得SLM过程温度场分布不均匀,温度梯度大,造成了SLM过程后续产生一系列缺陷问题。仅仅通过实验的方法来进行探索则会需要消耗大量的财力以及人力,采用数值模拟的方法受到了越
【基金项目】
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国家自然基金项目（51874209）； 山西省科技重大专项（20191102007）；
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选择性激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）是利用激光加热合金粉末直接熔化凝固成金属零件的快速、高效、应用能力强的制造技术,且受到了国内外科研工作者的广泛关注。但是在成形过程中,扫描速度快、激光功率强,使得SLM过程温度场分布不均匀,温度梯度大,造成了SLM过程后续产生一系列缺陷问题。仅仅通过实验的方法来进行探索则会需要消耗大量的财力以及人力,采用数值模拟的方法受到了越来越多的关注。因此,采用数值模拟的方法对SLM过程进行数值模拟研究具有重要的意义。目前SLM的仿真研究大多数是基于有网格方法的,本文采用光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）方法对SLM过程进行三维数值模拟研究。由于SPH方法完全不依赖网格的划分,在处理多相流以及自由表面流动具有很大的优势,故采用SPH方法对SLM过程进行数值模拟体现出巨大的发展前景。本文采用SPH方法对SLM过程模拟主要进行以下研究工作:根据SPH方法基本理论,建立基于SPH方法的SLM过程的三维数学模型。采用弱可压缩状态方程以及Navier-Stokes方程对金属液的状态以及流动进行描述;表面张力对熔池形态以及演化起着重要的作用,建立了连续表面张力以及润湿效应模型;根据316L不锈钢的热物性参数建立其特有的材料模型;将马兰戈尼对流效应写入了模拟计算程序中;采用高斯分布的能量模型对金属粉末进行加热处理。根据本文建立的数学模型对SLM过程进行数值模拟,讨论了在单道次SLM模拟过程不同时间段熔池的形态变化以及熔池沉积过程的物理特性,采用不同的激光功率对SLM过程进行数值模拟研究并讨论其对熔池尺寸的影响。并根据SPH方法的模拟结果与有限元模拟软件模拟结果以及实验数据进行对比,进一步验证SPH方法对SLM过程模拟的精确性与正确性,为SLM过程数值模拟提供了一种解决方案,具有一定的工程应用价值。
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