316L不銹鋼選區(qū)激光熔化單道熔池幾何尺寸演變規(guī)律

劉琪，袁美霞，華明，孟浩，高守鋒

316L不銹鋼選區(qū)激光熔化單道熔池幾何尺寸演變規(guī)律

劉琪1，袁美霞1，華明1，孟浩1，高守鋒2

（1.北京建筑大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院, 北京：100044；2.北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081）

探究激光功率（）和掃描速度（）對單熔道熔池幾何特征尺寸的影響規(guī)律，以及–組合工藝參數(shù)對熔池從成形到穩(wěn)定狀態(tài)經(jīng)歷的掃描距離的影響規(guī)律。以316L為材料，通過單熔道數(shù)值仿真分析，建立–變量與研究目標(biāo)之間的影響關(guān)系。不同–參數(shù)組合對熔池幾何尺寸的影響規(guī)律明顯，熔池幾何參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)需要經(jīng)歷一定的激光掃描距離（小于1 mm）。隨著激光功率增大，熔池長度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的激光掃描距離隨之增大，而熔池深度尺寸隨之減小。掃描速度增大到400 mm/s時，熔池達(dá)到穩(wěn)定經(jīng)歷的掃描長度縮短了6.7%，掃描速度對熔池穩(wěn)定性的影響效果不顯著。在SLM單道成形過程中，激光功率、掃描速度越大，成形熔池平均長度尺寸也越大；激光功率越大、掃描速度越小，成形熔池深度及平均寬度越大。模擬試驗獲得重熔效果較好的–參數(shù)組合為=200 W、=800 mm/s，重熔率達(dá)到94%。在熔池成形過程中，激光功率對熔池穩(wěn)定性的影響起主導(dǎo)作用。為了減少成形件的邊界翹曲，在打印試件初始成形階段應(yīng)在合理激光功率范圍內(nèi)選擇較高的激光功率。

選區(qū)激光熔化；激光功率；掃描速度；單道模擬；熔池幾何尺寸；熔池穩(wěn)定狀態(tài)

選區(qū)激光熔化技術(shù)（Selective Laster Melting，SLM）是一種通過鋪粉、逐層金屬粉末燒結(jié)完成打印的工藝，具有高效、高自由度及耗材少等特點[1]。選區(qū)激光熔化過程復(fù)雜，單熔道金屬粉末燒結(jié)后成形熔池與相鄰成形熔道的搭接率，以及與下一層凝固熔道的重熔率會在一定程度上對成形件的綜合力學(xué)性能及表面質(zhì)量產(chǎn)生影響[2-5]。在打印初始過程中，受激光對粉末床的輻射作用，金屬粉末熔化形成液態(tài)熔體，而熔體體積大小取決于金屬粉末對激光能量的吸收。當(dāng)移動光源離開熔體區(qū)域，在金屬粉末吸收激光能量密度影響的溫度梯度和凝固速率的共同驅(qū)使下[6-7]，形成不同尺寸且微觀結(jié)構(gòu)存在差異的熔池。同時，在此過程中熔道起始位置由于激光穿透性較差，導(dǎo)致成形熔體黏度和張力上升，熔體對周圍粉末浸潤性差，進(jìn)而造成熔池深度較淺且熔池幾何參數(shù)不能快速穩(wěn)定。熔池在從成形到穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，因熔池不穩(wěn)定性會造成成形件邊界翹曲及組織成分不均勻等問題。

為了獲得最優(yōu)成形件綜合性能，很多專家學(xué)者對打印過程中熔池的成形質(zhì)量影響因素進(jìn)行了研究。曲睿智等[8]利用離散元方法建立粉末床，通過數(shù)值仿真方法模擬打印過程中熔池的演變并還原飛濺現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)隨著功率增大，熔池的深度與寬度擴(kuò)大且增大了激光掃描速度，飛濺將沿著光源移動逆方向逸出。Cunningham等[9]借助超高速成像技術(shù)，直接觀察到了熔池液面的凹陷及“匙孔”樣熔坑的瞬時形態(tài)，測量了激光熔化過程中的熔坑大小，獲得了熔坑形貌與激光功率和掃描速度的函數(shù)關(guān)系。趙定國[10]、胡紅偉等[11]研究了激光功率、掃描速度及光斑直徑對熔池尺寸的影響，發(fā)現(xiàn)大功率小直徑熱源成形微熔池時間早，在不同激光參數(shù)下，熔池增大速度隨時間逐漸變慢。Han等[12]通過改變激光掃描速度及掃描間距打印AlSi10Mg胞狀晶格支架結(jié)構(gòu)，并對支架尺寸偏差、微觀熔池尺寸及表面粗糙度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)尺寸偏差與熔池寬度尺寸的Pearson相關(guān)系數(shù)約為0.74，證明了熔池幾何尺寸對打印成形件幾何精度具有一定的線性影響。這些研究多專注于熔池達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)時的尺寸及形貌變化，且相關(guān)理論也達(dá)到相對熟階段，但對熔池初始成形階段幾何尺寸及形貌的研究較少。熔池各幾何參數(shù)在未達(dá)到穩(wěn)定條件下成形的熔道結(jié)合性較差，在熔道初始位置容易因試件與基板結(jié)合性差而導(dǎo)致邊緣翹曲現(xiàn)象，從而影響試件的致密度、尺寸精度及綜合性能。因此，探究熔池幾何尺寸穩(wěn)定性規(guī)律對提高加工件質(zhì)量具有至關(guān)重要的意義。

同時，目前大多研究針對激光能量密度控制金屬溶液體積的影響因素，大多集中在激光功率與掃描速度的單因素分析，探討單變量因素的作用結(jié)果，對于激光參數(shù)綜合影響討論較少。因此，基于選區(qū)激光熔化技術(shù)，選用316L材料，通過仿真軟件Ansys Additive進(jìn)行單道數(shù)值模擬，探究在不同激光功率、掃描速度組合參數(shù)（–）下對熔池幾何參數(shù)的影響規(guī)律，以及分析不同激光功率和掃描速度參數(shù)組合影響熔池達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)快慢的規(guī)律及機(jī)制。

1 仿真理論應(yīng)用

ANSYS Additive是基于ANSYS開發(fā)致力于微觀及大型構(gòu)件增材制造仿真的軟件，可以實現(xiàn)單道模擬及打印構(gòu)件殘余應(yīng)力的預(yù)測及失真補(bǔ)償。諸多學(xué)者借助其預(yù)測功能對打印件進(jìn)行仿真校核。龔臣[13]通過該軟件對設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形校核并通過原位實驗進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)軟件預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果有類似規(guī)律且相對誤差在15%左右；石陽[14]通過Additive對In625材料進(jìn)行多層SLM數(shù)值模擬，分析不同填充角度對試件殘余應(yīng)力的影響，發(fā)現(xiàn)45°填充角可以使得熔化層同時具有較小的、向殘余應(yīng)力，且這2個方向上應(yīng)力差值最小。

在仿真過程中，Additive熱求解器采用多尺度方法，遵循激光掃描路徑且具有周期性加熱溶液應(yīng)用于沉積層，采用瞬態(tài)有限元分析求解隨時間變化的溫度場。其中，熱源模型采用高斯熱源，其熱流在垂直于激光束的表面上呈高斯分布，在垂直方向呈均勻分布，表達(dá)式見式（1）。

式中：為激光能量；為功率；表示粉末顆粒對激光能量的吸收率；表示激光光斑直徑；為粉床表面上一點到光斑中心的距離。

在求解過程中，施加均勻的恒定強(qiáng)制對流作為頂部邊界條件，側(cè)邊邊界條件設(shè)置為絕熱，將零件邊界框延伸出來的粉末作為緩沖區(qū)域，以避免邊界效應(yīng)。為了避免求解過程熔池太大接觸域邊界，從而導(dǎo)致邊緣效應(yīng)，網(wǎng)格求解采用具有同一水平分辨率及在動態(tài)沉積方向具有不同分辨率的笛卡爾網(wǎng)格。當(dāng)模型從精細(xì)的單熔道模擬到零件增材模擬時，水平網(wǎng)格分辨率由網(wǎng)格分辨率因子（MRF）粗化，以提高其性能。MFR粗化的加熱熔液被應(yīng)用于每個掃描軌跡內(nèi)的每個單獨的熔液步驟。在掃描軌跡駐留時間會進(jìn)行冷卻模擬，一旦溫度超過材料的固相線值，標(biāo)記為粉末的網(wǎng)格節(jié)點就會熔化，此時，材料狀態(tài)就不再是粉末，該歷史記錄將通過連續(xù)的層保留。在此過程中，要依賴于高精度的熱解和大量的計算資源。為了以更快的方式獲得合理精確的解，假設(shè)金屬粉末被視為可均勻吸收散射的介質(zhì)；熔化后的粉末層位于現(xiàn)有固體層之上，在凝固過程中經(jīng)歷熱收縮；材料的冷卻被認(rèn)為是瞬間發(fā)生的；求解環(huán)境忽略熱源引起的輻射效應(yīng)，默認(rèn)基板為底部固定溫度邊界條件。

2 單熔道熔池幾何尺寸分析

金屬粉末在激光作用下吸能熔化形成熔池，由于已熔化金屬粉末的導(dǎo)熱率大于未熔化金屬粉末的導(dǎo)熱率，因此在粉末層表面熔池呈現(xiàn)彗尾狀，激光選區(qū)熔化掃描過程形成的熔池幾何參數(shù)見圖1。圖1中熔池深度為熔池參考深度與打印層厚的總深度，熔池的參考深度表征熔池對已凝固層的重熔深度，通過重熔深度可以分析工藝參數(shù)對成形件的力學(xué)性能及表面質(zhì)量的綜合影響。仿真試驗工藝條件見表1，主要分析激光功率及掃描速度對熔池幾何參數(shù)的影響機(jī)制。

隨著功率的增加，激光產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)及輻射范圍增加，進(jìn)而導(dǎo)致金屬粉末單位時間吸收能量增加，形成金屬熔池原子運動更活躍，當(dāng)粉末吸收足夠能量轉(zhuǎn)變?yōu)槿鄢睾螅Ｓ嗄芰恳詿醾鲗?dǎo)的形式向四周溢出，功率越大，能量溢出越多，傳遞范圍越廣，熔池幾何參數(shù)越大。熔池溫度場隨功率變化見圖2a，隨著功率增大，熔池幾何尺寸表現(xiàn)為增大趨勢。當(dāng)功率一定，掃描速度的大小決定了合金粉末對激光能量的吸收率，不同掃描速度下熔池達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時的溫度場模擬變化見圖2b，掃描速度越大，在掃描速度方向單位時間內(nèi)受到激光作用的粉末越多，形成的熔池尺寸越長。但粉末單位時間吸收能量越少，熔池在深度方向形成熱影響區(qū)越小，熔池深度尺寸也越小。

圖1 掃描過程熔池幾何參數(shù)

表1 單道模擬工藝條件

Tab.1 Single pass simulation process conditions

圖2 不同功率、掃描速度下熔池達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時的溫度場

不同激光功率及掃描速度組合參數(shù)（–）對熔池幾何尺寸的影響規(guī)律見圖3。從單變量分析，隨著激光功率增大，熔池的幾何尺寸參數(shù)隨之增大。而隨著掃描速度增大，熔池的幾何長度隨之增大，熔池的寬度和參考深度尺寸均減小，該規(guī)律與熔池溫度場結(jié)果一致。從–組合參數(shù)數(shù)據(jù)分析，激光功率越大，掃描速度越大，熔池的幾何長度越大；激光功率越大，掃描速度越小，金屬粉末單位時間吸收能量越多，熔池幾何寬度及參考深度越大。由3b可知，當(dāng)=1 200 m/s，=150 W時，熔池幾何寬度較小，相鄰熔道搭接率小，同時由于熔化的金屬液與粉末間潤濕性較差，熔化的金屬液容易在未熔化的粉末上發(fā)生球化現(xiàn)象。同時，由圖3c可知，在此–參數(shù)下，熔池的參考深度為5 μm，重熔率為10%，較低的重熔率不利于底層相鄰凝固熔道中未熔化粉末的重熔及氣孔的釋放。另外，高掃描速度下熔池流動性較差[15-16]，上下相鄰熔池結(jié)合性差，導(dǎo)致力學(xué)性能差。當(dāng)為800 mm/s，分別為200、250 W時，熔池的平均參考深度分別達(dá)到47、72 μm。仿真打印層厚為50 μm，此時熔池深度方向的重熔率分別達(dá)到94%、144%。可見，當(dāng)功率為200 W時達(dá)到了對相鄰打印層幾乎完全重熔的效果，有利于相鄰層已凝固熔池氣孔的釋放，以及由于飛濺、不完全熔化等原因?qū)е碌那蚧毕莸南?，有利于相鄰打印層間緊密結(jié)合，從而提高打印試件的致密度。功率過小會導(dǎo)致粉末熔化不充分導(dǎo)致球化及孔隙率大等缺陷。但功率過大會導(dǎo)致過度重熔，對相鄰第2層已凝固組織而言，過度重熔使其完成3次重熔，溫度梯度過大造成的過快冷卻速率使熔池金屬原子劇烈運動，從而造成凝固組織內(nèi)晶界及晶粒角度雜亂無章的分布[17-19]。

圖3 P–v組合工藝參數(shù)對熔池幾何參數(shù)影響

3 熔池穩(wěn)定性分析

3.1 P–v參數(shù)對熔池穩(wěn)定性影響

熔池穩(wěn)定性是指初始成形熔池達(dá)到完全穩(wěn)定狀態(tài)，即熔池幾何參數(shù)不再發(fā)生大幅度變化所經(jīng)歷的激光掃描長度。在沒有預(yù)熱或預(yù)熱不充分的條件下，SLM在初始成型及每一熔道的起始位置，激光對金屬粉末的穿透性較差，成形的熔池幾何參數(shù)較小，需要經(jīng)過一定掃描距離后熔池才能夠達(dá)到穩(wěn)定。熔池從初始到穩(wěn)定狀態(tài)過程中5個不同時間點的溫度場分布情況見圖4。其中，熔池的幾何尺寸不斷變大，形成的熱影響區(qū)也在不斷改變，因此在受熔池幾何尺寸影響達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，形成的熔道與相鄰熔道之間的搭接率存在差異。由于初始位置成形熔池較淺，成形試件與基板結(jié)合性較差，容易造成翹曲現(xiàn)象。在2種不同掃描策略下，第1層形變量規(guī)律均表現(xiàn)為每條熔道最初始掃描位置形變量最大（圖5a—b）。每一層打印完成后，變形收縮量不一致及隨著打印層數(shù)的疊加而導(dǎo)致的變形積累，最終會導(dǎo)致試件打印完成后表現(xiàn)出邊緣翹曲現(xiàn)象。對于這種收縮量積累導(dǎo)致變形的研究，Xie等[20-21]提出了約束力假設(shè)理論對其進(jìn)行解釋。2種不同掃描策略成形試件變形量的表現(xiàn)具有一致性（圖5c—d），對于一般小寸尺SLM打印件而言，這種變形積累是影響尺寸精度不可忽略的因素。而相對大尺寸構(gòu)件而言，邊緣的翹曲現(xiàn)象往往歸因于內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布，熔池不穩(wěn)定因素導(dǎo)致試件底部與基板結(jié)合不穩(wěn)定區(qū)域較小，殘余內(nèi)應(yīng)力的影響為主導(dǎo)因素。

圖4 熔池達(dá)到穩(wěn)定不同過程溫度場變化

圖5 基于Additive SLM成形件形變分布

在SLM成形起始階段，激光參數(shù)對熔池幾何參數(shù)具有重要影響。不同功率及掃描速度對熔池達(dá)到穩(wěn)定時所經(jīng)歷過的掃描距離有著不同程度的影響（圖6），當(dāng)掃描速度一定時，隨著激光功率增大，熔池各幾何參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定所經(jīng)歷的掃描距離逐漸增大，熔池幾何長度表現(xiàn)最明顯；當(dāng)激光功率從150 W增加到350 W時，熔池達(dá)到完全穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的掃描距離從0.48 mm增加到0.88 mm（圖6a—c）。究其原因，金屬材料吸收激光能量過程受趨膚效應(yīng)[20]的影響，金屬材料表面吸收激光束能量，使金屬中的自由電子熱運動增加而發(fā)生瞬時晶格碰撞，將電子的能量轉(zhuǎn)化為晶格的熱振動能，從而引起材料溫度升高。當(dāng)材料導(dǎo)熱率一定時，激光功率越大導(dǎo)致溫度梯度越大，從而材料受到的溫度越高。金屬材料對激光的吸收率受溫度影響，當(dāng)溫度接近材料的沸點時，其吸收率高達(dá)90%[22-24]，因此隨著激光功率增大，激光能量溢出涉及的范圍較大，在相同掃描速度條件下，成形熔池達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所用的時間越長，伴隨激光掃描的路徑越長。根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱定律，單位時間內(nèi)傳過面積的熱流量與溫度梯度、導(dǎo)熱系數(shù)及面積三者乘積成正比。因為金屬表面激光接觸面積大于垂直于表面方向的面積，表面金屬顆粒持續(xù)熔融時間較長且熔池的冷卻速度遠(yuǎn)小于激光掃描速度[25-26]，已熔化金屬粉末的導(dǎo)熱率大于未熔化金屬粉末的導(dǎo)熱率，致使粉末層表面熔池呈現(xiàn)彗尾狀，所以成形熔池的幾何參數(shù)中熔池的長度達(dá)到穩(wěn)定的時間要長于熔池寬度和深度達(dá)到穩(wěn)定時所需要的時間。

同時，由圖6d—f可知，當(dāng)激光功率一定時，隨著掃描速度增大，熔池達(dá)到完全穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的掃描距離逐漸減小。掃描速度增大到400 mm/s，熔池達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)經(jīng)歷的掃描長度縮短了6.7%，可見，由掃描速度所引起熔池達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的激光掃描距離變化趨勢并不明顯。究其原因，當(dāng)激光功率一定時，隨著掃描速度增大，金屬粉末單位時間吸收的能量密度較小，同時金屬粉末在未預(yù)熱條件下激光能量以熱能的形式擴(kuò)散相對較慢，從而導(dǎo)致吸收足夠能量達(dá)到熔點的金屬粉末越少，從而形成的熔池越小，這在熔池長度上表現(xiàn)較為明顯。因此，隨著掃描速度增加，熔池達(dá)到穩(wěn)定所經(jīng)歷的掃描距離變小。

3.2 熔池幾何長度及深度生長長度分析

在熔池達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，熔池長度達(dá)到穩(wěn)定所經(jīng)歷的掃描路程較長，激光功率和掃描速度對其影響的效果差異較為明顯，因此分析熔池長度的穩(wěn)定性可以直觀看出激光參數(shù)對熔池幾何尺寸的影響規(guī)律（圖7a—c）。在圖7a—c的局部放大圖中，以橫坐標(biāo)0.5 mm引垂線為參照線，隨著功率的增大，所選取的3種不同功率下成形熔池的長度達(dá)到穩(wěn)定所經(jīng)歷的掃描長度隨之增大，在相同功率下不同掃描速度對熔池達(dá)到穩(wěn)定所經(jīng)歷的長度影響不明顯，因此激光功率在熔池幾何參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的過程中具有主導(dǎo)作用。同時，由7a—c可知，在不同激光參數(shù)組合下，熔池幾何參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的掃描距離小于1 mm。

圖6 不同功率及掃描速度對熔池成形穩(wěn)定性影響

圖7 不同激光工藝參數(shù)對熔池長度和深度生長長度影響

在打印初始階段，由于材料未被熱源熱影響區(qū)預(yù)熱，初始成形熔池內(nèi)積累的能量不利于在粉末層快速傳播，形成的熔池深度較淺，從而導(dǎo)致該階段成形的熔體與基板結(jié)合性差。若該過程中成形的熔體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷掃描長度越長，則熔體與基板結(jié)合較差范圍越大，從而導(dǎo)致的邊緣翹曲也越明顯。因而需對熔池達(dá)到穩(wěn)定過程中熔池深度幾何參數(shù)進(jìn)行分析。如圖7d—f所示，隨著激光功率增大，熔池達(dá)到穩(wěn)定所經(jīng)歷的掃描長度呈現(xiàn)減小趨勢，因而在選擇工藝參數(shù)時，為了減少邊界翹曲現(xiàn)象，在合理的激光功率范圍內(nèi)選擇較大激光功率，有利于熔池在深度方向快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，減少成形熔道與基板結(jié)合差的長度，從而形成質(zhì)量較高的熔道。同時由圖7a—f可知，當(dāng)功率一定時，隨著掃描速度的增大，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的熔池幾何長度隨之增大，而熔池參考深度隨之減小，與第2節(jié)熔池幾何尺寸分析中激光工藝參數(shù)對熔池幾何參數(shù)的影響所得出的結(jié)論一致。

4 結(jié)論

在SLM成形過程中，不同-參數(shù)組合對熔池幾何尺寸的影響具有一定的規(guī)律性。激光功率及掃描速度越大，成形熔池平均長度尺寸越大；激光功率越大、掃描速度越小，成形熔池參考深度及平均寬度越大。當(dāng)=200 W、=800 mm/s時，重熔率達(dá)到94%，重熔效果理想。同時，在熔池成形過程中，熔池的長度尺寸達(dá)到穩(wěn)定的時間長于熔池寬度和深度達(dá)到穩(wěn)定時所需要的時間。熔池整體幾何參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的掃描距離一般會小于1 mm。隨著激光功率增大，熔池幾何長度達(dá)到穩(wěn)定所經(jīng)歷的激光掃描長度隨之增大，熔池幾何深度隨之減?。划?dāng)掃描速度增大到400 mm/s時，熔池達(dá)到穩(wěn)定經(jīng)歷的掃描長度縮短了6.7%，掃描速度對熔池穩(wěn)定性的影響效果不顯著，而激光功率對熔池穩(wěn)定性的影響起主導(dǎo)作用。為了減少成形件的邊界翹曲，在打印試件初始成形階段應(yīng)在合理激光功率范圍內(nèi)選擇較高的激光功率。

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Evolution law of single pass Molten pool geometry of 316L stainless steel in selective laser melting

LIU Qi1, YUAN Mei-xia1, HUA Ming1, MENG Hao1, GAO Shou-feng2

(1. School of Mechanical-electronic and Vehicle Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China; 2. School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

The work aims to explore the effect law of laser power () and scanning speed () on the geometric feature size of single pass molten pool and-combination parameters on the scanning distance of molten pool from forming to stable state. With 316L as the material, the effect relationship between-variable and research target was established through numerical simulation analysis of single pass. Differentcombination parameters had obvious effects on geometry of molten pool and it took a certain laser scanning distance for the geometric parameters of the molten pool to reach a stable state. With the increase of laser power, the laser scanning distance for the molten pool length to reach a stable state increased, while the depth of the molten pool decreased, the scanning speed increased by 400 mm/s, and the scanning length for the molten pool to reach a stable state shortened by 6.7%. The effect of the scanning speed on the stability of the molten pool was not significant. In the single pass forming process by SLM, the larger the laser power and scanning speed, the larger the average length of the forming molten pool. The higher the laser power and the lower the scanning speed, the greater the depth and average width of the forming molten pool. The combination of-parameters with good remelting effect obtained from the simulation test is=200 W,=800 mm/s, and remelting rate of 94%. In the forming process of molten pool, laser power plays a leading role in the stability of molten pool. In order to reduce the boundary warpage of the formed part, a higher laser power should be selected within a reasonable range in the initial forming stage of the printed specimen.

selective laser melting; laser power; scanning speed; single pass simulation; geometry size of molten pool; stable state of molten pool

10.3969/j.issn.1674-6457.2023.01.017

TG665

A

1674-6457(2023)01-0128-09

2022–06–22

2022-06-22

北京建筑大學(xué)市屬高校基本科研業(yè)務(wù)費專項（X18236）；國家自然科學(xué)基金（52105426）

Beijing University of Civil Engineering and Architecture Basic Scientific Research Business Expenses Special Project (X18236); National Natural Science Foundation of China (52105426)

劉琪（1997—），男，碩士生，主要研究方向為金屬增材制造。

LIU Qi (1997-), Male, Postgraduate, Research focus: metal additive manufacturing.

袁美霞（1979—），女，博士，副教授，主要研究方向為先進(jìn)制造。

YUAN Mei-xia (1979-), Female, Doctor, Associate professor, Research focus: advanced manufacturing.

劉琪, 袁美霞, 華明, 等. 316L不銹鋼選區(qū)激光熔化單道熔池幾何尺寸演變規(guī)律[J]. 精密成形工程, 2023, 15(1): 128-136.

LIU Qi, YUAN Mei-xia, HUA Ming, et al. evolution law of single pass Molten pool geometry of 316L stainless steel in selective laser melting[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(1): 128-136.