分析选择性激光熔化中的激光束束相互作用

许多制造工艺已经受益于选择性激光熔化。将该技术与高熔化材料相结合的潜力很明显，但是要考虑的挑战。例如，这些材料的处理窗口较窄。为了更好地了解他们在选择性激光熔化中的行为，一个研究小组构建了一个模型来分析激光束 - 束相互作用的热和流体动力学。他们的结果在扩展使用该技术来处理难治金属方面产生了进一步的动力。

结合选择性激光熔融和难治金属的力量

几年前，我们在博客上讨论了如何选择性激光烧结正在席卷3D印刷世界。从那时起，这种快速原型制作技术的普及在整个行业中一直在增长。可以说是一种紧密相关的技术，有选择性激光熔融，该技术使用激光束融化粉末状材料以产生3D部分。

描述选择性激光熔化过程的示意图。图片由Materialgeeza - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 3.0， 通过Wikimedia Commons。

铜，铝和不锈钢：这些只是SLM中已经使用的一些金属。近年来，研究人员试验将高层材料添加到混合物中。下面显示的钼是一个例子。

钼是一种具有潜在用途的高融化材料。Alchemist-HP的图像 - 自己的作品。获得许可免费艺术许可证1.3， 通过Wikimedia Commons。

有了这些新材料，带来了一个新的挑战：耐火金属的加工窗口大大狭窄。这意味着需要进一步的分析以了解SLM期间高融化材料的行为。为了解决这个多物理问题，奥地利Plansee SE的研究人员转向Comsol®软件。

使用多物理模拟在SLM中建模激光束 - 束相互作用

为了进行分析，研究人员创建了一个COMSOL多物理模型，以分析SLM中的激光束相互作用。该模型几何形状由简单的立方金属粉末层组成，放在大型底板的顶部，该底板暴露于高斯激光束。请注意，该模型在激光移动的方向上利用对称性。

网状模型几何形状。K.-H的图像Leitz，P。Singer，A。Plankensteiner，B。Tabernig，H。Kestler和L.S.Sigl并从他们的乐动滚球app下载Comsol会议2016慕尼黑论文。

为了准确地对激光束 - 束相互作用进行建模，有几个因素要考虑：

• 激光辐射吸收
• 导电和对流传热
• 相变（熔化和凝固以及蒸发和凝结）
• 表面张力效应

通过传热模块和CFD模块耦合热和流体动力学使研究人员能够研究这些因素。对于这种特定情况，吸收，阴影效果和各种反射的角度依赖性被忽略。

在分析中，金属粉末由两种不同的材料表示：不锈钢和钼。研究人员比较了每种材料在SLM过程的多个阶段的数量积累。

从下面的图中，我们可以看到钢和钼的过程动力学之间存在明显的差异。就钢而言，通过蒸发有很长的熔体和显着影响。在钼的情况下，熔体池仅限于焦点区域的大小，温度远低于引起蒸发的温度。该差异可以追溯到每种材料的相转换温度和热导电性。由于其高热电导率，钼在SLM中经历了更大的热量损失，从而限制了熔体池的尺寸。这些热量损失结合了钼的高蒸发温度，可以防止蒸发发生。

钢（左）和钼（右）的选择性激光熔化期间的体积积累。K.-H的图像Leitz，P。Singer，A。Plankensteiner，B。Tabernig，H。Kestler和L.S.SIGL并从他们的2016年慕尼黑纸纸上摘自。乐动滚球app下载

以上结果可以更好地理解SLM的动力学以及所使用材料的特定过程的特征。由于该模型的核心描述了激光束 - 束相互作用，因此可以用于研究涉及激光器的其他制造过程。

了解有关建模激光材料互动的更多信息

• 阅读完整的Comsol会议论乐动滚球app下载文：“”在选择性激光熔化中激光束 - 物质相互作用的热氟化学模型“
• 查看研究人员如何使用模拟减少激光诱导的内部光学损伤
• 有关更详细的指南，请查看此博客文章如何在comsol多物理学中建模激光材料相互作用