【摘 要】
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激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion,LPBF）技术是一种高能量激光熔化粉末材料,并逐层递增凝固成型的制造技术。该技术具有灵便、客制化、成形精度高等特点,适用于各种复杂零件的迅速制造。但是,单激光LPBF制造技术成型效率低,在加工尺寸上也存在极限性。大幅面金属LPBF加工技术发展出多激光并行打印技术,可克服单激光LPBF的局限性。随着产业需求日益增加,多激光并行打印将成为
【基金项目】
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广东省重点领域研发项目（2020B090924001）； 广东省重点领域研发项目（2017B090911004）； 深圳市基础研究项目（JCYJ2018050416582463）； 广西大学引进人才科研启动项目（A3010051006）；
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激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion,LPBF）技术是一种高能量激光熔化粉末材料,并逐层递增凝固成型的制造技术。该技术具有灵便、客制化、成形精度高等特点,适用于各种复杂零件的迅速制造。但是,单激光LPBF制造技术成型效率低,在加工尺寸上也存在极限性。大幅面金属LPBF加工技术发展出多激光并行打印技术,可克服单激光LPBF的局限性。随着产业需求日益增加,多激光并行打印将成为其发展趋势。但是,随着多激光LPBF加工技术发展,在加工过程必然会考虑更多影响因素,如飞溅、搭接区域等影响成型件质量的因素。因此,研究飞溅在保护气流作用下的沉积规律和激光扫描路径在搭接区的拼接方式对多激光LPBF加工的成型质量及工作效率起很大的作用。本文综合国内外LPBF设备在气流对飞溅去除效果的基础上,建立的飞溅模型,分析其沉积规律,并研究扫描路径搭接区域的搭接方式对成型件的表面质量、力学性质的影响。其研究内容如下:（1）在不同扫描策略下,气流对LPBF打印飞溅影响的数值模拟和实验验证。设计计算机流体动力学（Computational Fluid Dynamics Discrete,CFD）模拟仿真打印区域合理的流体域,以获得良好的气流环境。根据单激光LPBF烧结过程中熔池产生的气流夹带飞溅、金属/固体飞溅和粉末成团飞溅三种情况,在离散型（Discrete Element Method,DEM）软件EDEM中建立以一定的初始速度、方向的飞溅喷射模型。在气流的作用和不同扫描策略下,进行CFD-DEM气固耦合仿真,分析了飞溅颗粒沉降规律。在直线双向往复扫描策略下,飞溅沉积分布更加均匀。在逆气流扫描策略下,飞溅沉积更靠近气流出口处,有利于去除飞溅。（2）不同分区策略搭接方式对LPBF激光加工成型质量的影响。基于逆气流扫描策略对飞溅去除率较佳和双向往复扫描策略的飞溅分布均匀的仿真结果,优先采用逆气流方向连接扫描路径和双向往复扫描路径策略,减少飞溅的影响。分析并采纳条带和棋盘扫描策略的搭接方式及其优缺点,并对搭接方式进行合理的优化及改善,从而提出一种提升搭接区表面成型质量的分区扫描策略。本文以Visual Studio C#语言对优化搭接方式的分区扫描策略设计与实现。读取切片模型数据,路径填充切片轮廓,路径规划可视化,输出打印文件,以用于设备打印成型件。实验表明该扫描策略可改善搭接区域空隙、表面形貌,改善成型件的变形量,提高了成型件的力学性能。
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