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技術前沿

金屬激光粉末床熔融增材製造的激光熔化機理

fun88网页下载 來源:焊接設備分會(hui) 2025-12-20 我要評論(0 )   

在過去的三十多年中,金屬增材製造技術(俗稱金屬3D打印)快速發展,正深刻變革著航空航天、汽車、國防、化工、醫藥、能源等領域。激光粉末床熔融增材製造(亦被稱作激...

     在過去的三十多年中,金屬增材製造技術(俗稱金屬3D打印)快速發展,正深刻變革著航空航天、汽車、國防、化工、醫藥、能源等領域。激光粉末床熔融增材製造(亦被稱作激光選區熔化)是其中最廣泛使用的技術之一。然而,迄今為(wei) 止,學術界對激光-物質相互作用的認識還不夠深刻,對激光熔化模式的定義(yi) 仍然很模糊、尚未達成共識,這使得製造無缺陷、微觀結構可控的構件仍有困難,限製了激光粉末床熔融增材製造行業(ye) 的進一步突破。


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圖1 金屬激光增材製造中的熔化模式(a)熔化模式定義(yi) 的物理基礎;(b)-(c)基於(yu) 靜態剖析的定義(yi) ;(d)基於(yu) 動態過程的定義(yi)

      清華大學機械工程係研究人員在國際物理學界權威期刊《現代物理評論》(Reviews of Modern Physics)上發表了關於金屬激光增材製造激光熔化模式的綜述論文(Laser melting modes in metal powder bed fusion additive manufacturing)。


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圖2 金屬粉末激光熔化物理過程


      作者首先闡述了金屬激光粉末床熔融增材製造中的一般物理過程,著重強調了兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵耦合現象:熔化和汽化,匙孔前壁液態突出物和匙孔失穩。這些物理現象驅動了熔池和匙孔的形貌演化,是激光熔化模式定義(yi) 的基石。


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圖3 基於(yu) 打印件金相分析熔化模式


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圖4 基於(yu) 過程可視化研究熔化模式


      之後,根據熔池和匙孔的表征測量方法,作者將激光熔化模式分為(wei) 兩(liang) 類(圖1)。第一類基於(yu) 靜態的事後金相剖析,而第二類基於(yu) 原位、動態的過程可視化。相比而言,基於(yu) 過程可視化的定義(yi) 更加嚴(yan) 謹、更具物理意義(yi) ,為(wei) 金屬激光粉末床熔融增材製造提供了新的生產(chan) 指導原則和新的研究方向。


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圖5 多信息轉錄與(yu) 知識轉移


      作者強調了匙孔的重要性,並指出基於(yu) 穩態匙孔熔化模式的增材製造更加高效、可持續、穩健。而這個(ge) 設想的實現將依賴於(yu) 多物理模型、多信息轉錄(如圖5)以及跨平台跨尺度過程計量的發展。


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圖6 金屬激光粉末床熔合工藝圖示意圖


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圖7 激光熔化的同步x射線成像


信息來源:增材製造碩博聯盟


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