激光定向能量沉积的粉末尺度多物理场数值模拟——激光-粉末-熔池交互的高保真多物理场模型-图1   直接能量沉积单层单道数值模拟

激光定向能量沉积的粉末尺度多物理场数值模拟——激光-粉末-熔池交互的高保真多物理场模型-图2   模型模拟展示

    直接能量沉积打印成型过程直接影响着最终零件的使用性能及力学性能,为此,探究成型过程中的成型机理问题对于获取优质成品、提高使用性能及打印效率具具有重要意义。针对这一问题,采用拉格朗日质点法求解粉末输送及其与激光交互的过程,进一步结合有限体积法和流体体积法求解粉末-熔池的交互及其流动凝固过程,建立的激光-粉末-熔池交互的高保真多物理场模型,实现了直接能量沉积工艺打印的全过程模拟,并通过TC17合金单道熔覆层实验结果进行了验证。基于该模型,首先预测了不同工艺参数下单道熔覆层形貌尺寸,并对熔覆层形貌的变化趋势及其内在的物理机理进行了深入分析。结果表明,依赖于工艺参数的粉末温度分布和粉末基板能量分配比例对熔池流场和熔覆层尺寸有显著的影响。本工作有助于理解同轴送粉激光定向能量沉积的工艺机理,从而可辅助控形工艺参数优化。

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