陈 辉 闫文韬 ,†,

* (新加坡国立大学机械工程系,新加坡 117575)† (新加坡国立大学苏州研究院,江苏苏州 215123)

引言

激光选区熔化(SLM)采用高能束激光熔化细微金属粉末,通过逐道、逐层熔融堆积的方式成形三维零件.SLM 可以成形近全致密、性能接近锻件且具有精细复杂结构的金属零件,是增材制造(3D 打印)领域的前沿与热点技术[1-2].近年来,SLM 技术开始在航空航天、国防科技、定制化生物医疗等领域关键结构部件的制造方面获得应用,成为极具发展潜力和研究价值的增材制造技术[3].

自然界的物质按照其存在形态可以分为3 类:流体、固体和颗粒[4-5].其中,颗粒物质是指由大量粉末颗粒集群而形成的物质体系.由于体系内粉末颗粒的离散性和结构各项异性,颗粒物质的力学行为无法用流体力学等经典连续介质理论进行描述,成为21 世纪的百个自然科学难题之一[6].SLM 制造工艺采用的金属粉末是典型的颗粒物质.成形过程中,铺粉器首先将微米级散状粉末铺设成薄层粉末床,然后激光热源对粉末床进行扫描与熔融.粉末在铺设与熔融两个工艺过程中,可呈现出分层、团聚、挤压、飞溅和剥蚀等典型的颗粒物质复杂热/动力学行为[7],与零件的孔隙、球化、裂纹等成形缺陷及最终力学性能紧密相关[8].因此,深入研究SLM成形过程中的粉体热/动力学行为,对SLM 零件成形性能的提升和颗粒物质力学理论的探索均具有重要工程及科学意义[9].

目前,关于SLM 粉体热/动力学行为的实……