SLM成形金屬粉末材料時(shí)涉及諸多復(fù)雜的熱物理現(xiàn)象,包括激光與粉末材料相互作用時(shí)的熱輻射、材料與外界的熱對流、粉末顆粒之間的熱傳導(dǎo)、氣相和固相顆粒間的熱傳導(dǎo)等,使得SLM工藝的熱物理過程與其他激光加工工藝大不相同。

在粉末內(nèi)部,多種熱傳導(dǎo)機(jī)理決定了熱量的傳導(dǎo)過程:顆粒內(nèi)部的熱傳導(dǎo)→通過接觸點(diǎn)附近氣體層的熱傳導(dǎo)→氣體內(nèi)熱傳導(dǎo)→亠穿過固體顆粒間接觸面的熱傳導(dǎo)→亠固體表面的輻射→亠鄰近孔隙間的輻射傳熱。

材料的熱導(dǎo)率決定了光斑作用區(qū)域內(nèi)的粉末在吸收激光輻射能量后,熱量向粉層內(nèi)部及周圍區(qū)域擴(kuò)散速度的快慢,對溫度場分布有顯著的影響。對金屬粉末而言,由于其普遍具有密度大、熔點(diǎn)高及熱導(dǎo)率高的特性,故其成形溫度也特別高,且溫度變化較大、較快。由于氣體熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于金屬熱導(dǎo)率,顆粒間的接觸熱導(dǎo)率在粉床的有效熱導(dǎo)率中占主導(dǎo)地位。此外,金屬粉末不像聚合物那樣會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象,而是發(fā)生熔化凝固現(xiàn)象

由于激光輻射能量只有部分被粉末顆粒吸收,另一部分被顆粒間大量存在的孔隙所吸收,而孔隙的吸收率接近于黑體,故粉末材料比相應(yīng)的實(shí)體材料表現(xiàn)出了更高的吸收率。

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