激光熔池的案例
增材專(zhuān)欄 l 選區(qū)激光熔化SLM金屬3D打印的熔池及單道熔覆層仿真分析
圖4：激光功率對(duì)熔池及單道熔覆層的影響，來(lái)源安世亞太
僅針對(duì)圖4所分析工況可以看出：
（1）隨激光功率的增加，打印熔池變寬且加長(zhǎng)；
（2）隨激光功率增加，熔池的熔深也增加，熔深的增加增大了上一層打印層（或基板）的重熔區(qū)，最終使得兩層之間孔隙減少。
激光掃描速度的影響分析
本文在其他制備參數(shù)一致的條件下對(duì)比了不同激光掃描速度下熔池及單道熔覆層的形態(tài)，某工況下的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖5：激光掃描速度對(duì)熔池及單道熔覆層的影響，來(lái)源安世亞太
僅針對(duì)圖5所分析工況可以看出：
（1）隨激光掃描速度的增加，打印熔池變窄且加長(zhǎng)；
（2）相應(yīng)工況下隨激光掃描速度的增加，熔池由連續(xù)逐漸變得不連續(xù)且出現(xiàn)明顯的球化，球化的出現(xiàn)使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨激光掃描速度的增加，熔池的熔深減小，熔深的減小使得上一層打印層（或基板）的重熔區(qū)變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
鋪粉層厚的影響分析
本文在其他制備參數(shù)一致的條件下對(duì)比了不同鋪粉層厚下熔池及單道熔覆層的形態(tài)，某工況下的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖6。
圖6：鋪粉層厚對(duì)熔池及單道熔覆層的影響，來(lái)源安世亞太
僅針對(duì)圖6所分析工況可以看出：
（1）隨鋪粉層厚的增加，打印熔池稍有變窄及加長(zhǎng)；
（2）在相應(yīng)工況下，隨鋪粉層厚的增加，熔池由連續(xù)逐漸變得不連續(xù)出現(xiàn)明顯的球化，球化的出現(xiàn)使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨鋪粉層厚的增加，使得上一層打印層（或基板）的重熔區(qū)變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
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圖4：激光功率對(duì)熔池及單道熔覆層的影響，來(lái)源安世亞太
僅針對(duì)圖4所分析工況可以看出：
（1）隨激光功率的增加，打印熔池變寬且加長(zhǎng)；
（2）隨激光功率增加，熔池的熔深也增加，熔深的增加增大了上一層打印層（或基板）的重熔區(qū)，最終使得兩層之間孔隙減少。
激光掃描速度的影響分析
本文在其他制備參數(shù)一致的條件下對(duì)比了不同激光掃描速度下熔池及單道熔覆層的形態(tài)，某工況下的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖5：激光掃描速度對(duì)熔池及單道熔覆層的影響，來(lái)源安世亞太
僅針對(duì)圖5所分析工況可以看出：
（1）隨激光掃描速度的增加，打印熔池變窄且加長(zhǎng)；
（2）相應(yīng)工況下隨激光掃描速度的增加，熔池由連續(xù)逐漸變得不連續(xù)且出現(xiàn)明顯的球化，球化的出現(xiàn)使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨激光掃描速度的增加，熔池的熔深減小，熔深的減小使得上一層打印層（或基板）的重熔區(qū)變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
鋪粉層厚的影響分析
本文在其他制備參數(shù)一致的條件下對(duì)比了不同鋪粉層厚下熔池及單道熔覆層的形態(tài)，某工況下的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖6。
圖6：鋪粉層厚對(duì)熔池及單道熔覆層的影響，來(lái)源安世亞太
僅針對(duì)圖6所分析工況可以看出：
（1）隨鋪粉層厚的增加，打印熔池稍有變窄及加長(zhǎng)；
（2）在相應(yīng)工況下，隨鋪粉層厚的增加，熔池由連續(xù)逐漸變得不連續(xù)出現(xiàn)明顯的球化，球化的出現(xiàn)使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨鋪粉層厚的增加，使得上一層打印層（或基板）的重熔區(qū)變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
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圖4：激光功率對(duì)熔池及單道熔覆層的影響，來(lái)源安世亞太
僅針對(duì)圖4所分析工況可以看出：
（1）隨激光功率的增加，打印熔池變寬且加長(zhǎng)；
（2）隨激光功率增加，熔池的熔深也增加，熔深的增加增大了上一層打印層（或基板）的重熔區(qū)，最終使得兩層之間孔隙減少。
激光掃描速度的影響分析
本文在其他制備參數(shù)一致的條件下對(duì)比了不同激光掃描速度下熔池及單道熔覆層的形態(tài)，某工況下的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖5：激光掃描速度對(duì)熔池及單道熔覆層的影響，來(lái)源安世亞太
僅針對(duì)圖5所分析工況可以看出：
（1）隨激光掃描速度的增加，打印熔池變窄且加長(zhǎng)；
（2）相應(yīng)工況下隨激光掃描速度的增加，熔池由連續(xù)逐漸變得不連續(xù)且出現(xiàn)明顯的球化，球化的出現(xiàn)使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨激光掃描速度的增加，熔池的熔深減小，熔深的減小使得上一層打印層（或基板）的重熔區(qū)變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
鋪粉層厚的影響分析
本文在其他制備參數(shù)一致的條件下對(duì)比了不同鋪粉層厚下熔池及單道熔覆層的形態(tài)，某工況下的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖6。
圖6：鋪粉層厚對(duì)熔池及單道熔覆層的影響，來(lái)源安世亞太
僅針對(duì)圖6所分析工況可以看出：
（1）隨鋪粉層厚的增加，打印熔池稍有變窄及加長(zhǎng)；
（2）在相應(yīng)工況下，隨鋪粉層厚的增加，熔池由連續(xù)逐漸變得不連續(xù)出現(xiàn)明顯的球化，球化的出現(xiàn)使得熔覆層表面變得不平整；
（3）隨鋪粉層厚的增加，使得上一層打印層（或基板）的重熔區(qū)變薄，最終使得兩層之間孔隙增加。
展開(kāi) 激光加工熔池模擬模型和詳細(xì)教學(xué)視頻 ￥550
模型名稱(chēng)：Comsol激光加工熔池模擬
物理場(chǎng)：水平集、流體傳熱、層流
其他：模型、詳細(xì)視頻教程、一對(duì)一答疑
COMSOL激光加工熱流耦合模擬主要步驟介紹
要在COMSOL中進(jìn)行激光加工熔池的模擬，您可以使用COMSOL Multiphysics軟件，并結(jié)合Level Set方法來(lái)建模液體/固體相變。以下是一般步驟：
準(zhǔn)備模型： 打開(kāi)COMSOL Multiphysics軟件，創(chuàng)建一個(gè)新模型。
選擇物理場(chǎng)： 在模型創(chuàng)建界面中，選擇適當(dāng)?shù)奈锢韴?chǎng)。對(duì)于激光加工熔池的模擬，您可能需要選擇熱傳導(dǎo)、流體流動(dòng)和相變等物理場(chǎng)。
幾何建模： 創(chuàng)建幾何模型，表示您要模擬的激光加工熔池的幾何形狀。確保包括激光的輸入位置和方向。
網(wǎng)格劃分： 生成適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格，確保在激光照射區(qū)域和熔池周?chē)凶銐虻木W(wǎng)格分辨率。COMSOL提供了自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具。
材料屬性： 定義材料的熱物性、流體性質(zhì)和相變參數(shù)。對(duì)于熔融池，您需要考慮液體相和固體相之間的相變參數(shù)。
邊界條件： 設(shè)置邊界條件，包括激光輸入條件、傳熱表面條件等。確保模型反映實(shí)際物理過(guò)程。
初始條件： 定義模擬的初始條件，例如開(kāi)始時(shí)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)。
方程和耦合： 編寫(xiě)和配置適當(dāng)?shù)姆匠探M，考慮熱傳導(dǎo)、流體流動(dòng)和相變。確保這些方程相互耦合，以模擬實(shí)際的物理過(guò)程。
Level Set 方法： 選擇Level Set方法來(lái)描述液體/固體相變的界面。您需要配置Level Set方程并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。
求解： 運(yùn)行模擬并查看結(jié)果。通過(guò)監(jiān)視激光加工熔池的溫度、流場(chǎng)和相變等參數(shù)，以獲得有關(guān)過(guò)程的詳細(xì)信息。
后處理： 分析和后處理模擬結(jié)果，例如查看溫度分布、液體/固體相變的界面等。
展開(kāi) 激光粉床熔融過(guò)程中的殘余熱量對(duì)熔池幾何形狀的影響
進(jìn)行金相分析以確定熔融模式，并觀察沿掃描方向不同區(qū)域橫向熔池邊界的變化。
FLOW-3D數(shù)值模擬：
第一層加工后的表面狀況會(huì)對(duì)第二層粉末堆積造成影響。
三、結(jié)論
本文進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究，以了解掃描長(zhǎng)度對(duì)多道和多層制造過(guò)程中殘余熱量和熔池行為的影響。使用EOS M270制造了材質(zhì)為IN625的多道樣品，掃描長(zhǎng)度為0.5毫米，1毫米和1.5毫米。最初使用白光干涉儀測(cè)量表面輪廓。然后進(jìn)行了金相學(xué)研究，揭示了橫向熔池剖面，并觀察了沿激光掃描方向的熔池形狀變化。另外，以熱流數(shù)值模型(FLOW-3D)進(jìn)行分析，以了解樣品不同區(qū)域熔池差異的機(jī)理。
研究結(jié)果表明，掃描長(zhǎng)度和掃描間距對(duì)熔池行為具有顯著影響。此外，第一層的表面輪廓會(huì)影響第二層的實(shí)際粉層厚度，并影響第二層的形貌。
展開(kāi) 激光熔覆comsol模型，激光熔池仿真
激光熔覆comsol三維仿真模型，涉及溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，需要的聯(lián)系即可，原創(chuàng)模型，可提供答疑，非誠(chéng)勿擾！
基于COMSOL軟件的激光熔池仿真 ￥800
本案例基于COMSOL軟件模擬了激光掃描結(jié)構(gòu)表層并產(chǎn)生熔池的整個(gè)過(guò)程，仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友可下載模型，歡迎交流
COMSOL激光熔覆熔池演化模型 ￥180
<p>COMSOL熔池形態(tài)演化仿真模型。考慮了相變、反沖壓力、表面張力和馬蘭格尼效應(yīng)。</p><p>物理場(chǎng)：動(dòng)網(wǎng)格+層流+流體傳熱。</p><p>僅提供模型（不包含結(jié)果文件）與參考文獻(xiàn)！</p><p>COMSOL版本：6.4</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202603/attachment/9e7ca6f32837434787e2d399377e042d.gif" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202603/attachment/9e7ca6f32837434787e2d399377e042d.gif" style="" width="455" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202603/attachment/9e7ca6f32837434787e2d399377e042d.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202603/attachment/9e7ca6f32837434787e2d399377e042d.gif?
展開(kāi) 鎳基高溫合金IN738激光選區(qū)熔化中預(yù)熱溫度對(duì)熔池演化的影響 | FLOW-3D AM
Mesoscopic evolution of molten pool during selective laser melting of superalloy Inconel 738 at elevating preheating temperature
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110355
Center for Adaptive System Engineering, ShanghaiTech University
上海科技大學(xué)智造系統(tǒng)工程中心
一、研究背景
? 基板預(yù)熱如何影響IN738熔池的凝固行為？
? 基板預(yù)熱如何影響IN738的開(kāi)裂行為？
二、研究方法
1.離散元方法構(gòu)建粉床模型（FLOW-3D -DEM）
2.確定激光選區(qū)熔化的邊界條件，構(gòu)建熱流CFD模型（FLOW-3D -Weld）
3.使用上述模型研究單道、多道熔池的溫度場(chǎng)和流動(dòng)行為
三、研究結(jié)果 - 單道熔池形貌仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)比
熔池形態(tài)對(duì)比
冷卻速率分布
固相率分布
四、研究結(jié)果 - 單道熔池孔隙形成
孔隙現(xiàn)象也會(huì)隨著不同的能量密度以及預(yù)熱情況而產(chǎn)生變化。幾種具有代表性的工藝參數(shù)條件下孔隙形成的截面圖（Y-Z平面）如圖所示。
展開(kāi) 激光熔覆熔池動(dòng)力學(xué)仿真及形貌預(yù)測(cè) ￥700
免費(fèi)內(nèi)容包含：熔池動(dòng)力學(xué)和三維形貌預(yù)測(cè)模型的仿真視頻。
金屬板激光匙孔焊接中鈕扣孔缺陷的熔池分析 | FLOW-3D
Wire Based Laser Metal Deposition (LMD)
基于激光熔覆技術(shù)的焊接加工技術(shù)
零件是通過(guò)使用激光束熔化金屬絲而制成，是一種近凈成形方法
通過(guò)優(yōu)化激光功率、送絲速度和送絲方向，可以實(shí)現(xiàn)工藝穩(wěn)定性
金屬板激光匙孔焊接中鈕扣孔缺陷的熔池分析
Won-ik Cho, Peer Woizeschke, Analysis of molten pool behavior with buttonhole formation in laser keyhole welding of sheet metal, (2019) https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119528.
研究單位：Bremen Institute for Applied Beam Technology
研究動(dòng)機(jī)：提高金屬板生產(chǎn)時(shí)的焊縫質(zhì)量
問(wèn)題描述：以擺動(dòng)式激光進(jìn)行焊接加工過(guò)程中，在激光束后方會(huì)形成類(lèi)似鈕扣造型的孔洞，似乎會(huì)對(duì)熔池的穩(wěn)定性造成影響。類(lèi)似孔洞的發(fā)生，會(huì)影響焊縫的表面質(zhì)量
研究目標(biāo)：希望了解該鈕扣型孔洞產(chǎn)生的原因
研究重點(diǎn)：利用FLOW-3D模擬不同條件下鈕扣孔的形成
通過(guò)CFD模擬，觀察了送絲和激光束擺動(dòng)激光焊接中的鈕扣孔現(xiàn)象，得出以下結(jié)論：
紐扣孔在加工過(guò)程中持續(xù)產(chǎn)生
穩(wěn)定的鈕扣孔會(huì)減少熔池的運(yùn)動(dòng)
間隙尺寸 – 較大間隙是鈕扣孔形成的關(guān)鍵參數(shù)
展開(kāi) 金屬3D打印成品率影響要素分析
原材料及耗材
金屬3D打印發(fā)生在一個(gè)充滿氬氣的成形倉(cāng)中，這里氧氣含量低于100ppm，以確保在激光掃描時(shí)不產(chǎn)生氧化物。而且用于3D打印的金屬材料在純凈度、球型度、粒徑分布和含氧量等方面都有嚴(yán)格的要求。現(xiàn)在市面上常見(jiàn)的金屬材料有鈦合金、不銹鋼、鈷鉻合金、鎳基合金和鋁合金等。金屬基材的材質(zhì)及厚度也決定了打印成品的品質(zhì)及精度。增大基板厚度和提高基板溫度可顯著抑制造型物翹曲、提高造型物尺寸精度。
工藝參數(shù)對(duì)能量密度輸入的影響
每個(gè)最終的零件都是由一層層熔融而成，每熔融一層，平臺(tái)下降，新的粉末鋪滿此層重復(fù)上述過(guò)程。其真正的成型原理是激光將一定能量密度的能量輸入粉末層，使得所掃描的區(qū)域內(nèi)粉末達(dá)到熔融狀態(tài)，粉末接收到的能量密度與激光所輸入和燒結(jié)過(guò)程中所控制的參數(shù)有關(guān)，比如掃描速度，掃描間距，掃描功率，激光的能量在金屬粉末表面形成熔池，熔池影響周?chē)勰┏尚托Ч?激光會(huì)按照一定的規(guī)律和方向掃描到需要熔融的成型區(qū)域，根據(jù)不同材料合理地歸化掃描路徑。將掃描區(qū)域分成條帶狀、棋盤(pán)狀等，可以有效的釋放零件內(nèi)部應(yīng)力，規(guī)劃每層掃描向量可以降低熔融過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)力值大小。
那么在選擇性熔融這一過(guò)程中，我們可以通過(guò)下面幾個(gè)方面來(lái)提升最終產(chǎn)品性能。
展開(kāi) 厚板高強(qiáng)鋁合金焊接發(fā)展現(xiàn)狀
電弧和激光的相對(duì)位置如下圖所示。MIG電弧在前形成熔池，激光束在后作用于熔池的后半部分，這種焊接方法對(duì)于鋁合金厚板的焊接效果非常好。
采用這種焊接方式使得厚板焊接質(zhì)量提高的機(jī)理是：
(1)熔化金屬對(duì)激光的反射率要遠(yuǎn)低于固體金屬對(duì)激光的反射率。激光直接作用于熔池提高了鋁合金對(duì)激光能量的吸收率，從而增加熔深；
(2)一個(gè)大的熔池在激光的作用點(diǎn)上移動(dòng)，減緩了鋁液體的凝固速度，使得氣泡有足夠的時(shí)間浮出液面，從而有效抑制了焊縫內(nèi)產(chǎn)生氣孔的傾向；
(3)MIG焊的陰極霧化作用在激光焊之前清理了鋁合金表而的氧化膜，這使得激光焊能得到更好的焊縫成形；
(4)選擇恰當(dāng)?shù)腗IG焊的焊絲成分，通過(guò)化學(xué)冶金可以使焊縫成形更好、同時(shí)也能起到抑制焊接缺陷的作用。
展開(kāi) 技術(shù) | 鎂合金綠色高效焊接技術(shù)研究進(jìn)展
焊接過(guò)程中，激光熱源在焊接熔池中產(chǎn)生焊接“匙孔”，對(duì)電弧起到了顯著的誘導(dǎo)增強(qiáng)效果。圖1為激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接結(jié)構(gòu)示意圖。
脈沖激光與電弧之間的耦合作用直接影響了鎂合金的焊接質(zhì)量和效率。采用高速攝像機(jī)對(duì)電弧狀態(tài)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在激光作用前后，熱源等離子體狀態(tài)發(fā)生了明顯變化。在脈沖激光作用前：電弧形態(tài)與一般焊接過(guò)程類(lèi)似，電弧等離子體比較松散，沿著鎢極尖端方向延伸（圖2a）；
在脈沖激光作用區(qū)間，激光在電弧熔池中形成焊接“匙孔”，熔池波動(dòng)劇烈，電弧等離子體主要與復(fù)合焊接“匙孔”直接連通，等離子體明顯被壓縮至“匙孔”附近，形成電弧鎢極與焊接“匙孔”間的禍合放電(圖2b)，電弧亮度及能量密度均顯著提高；
當(dāng)脈沖激光作用消失后可以發(fā)現(xiàn)，“匙孔”出口在激光脈沖作用結(jié)束后并未立刻閉合(圖2c)，而是持續(xù)存在大約7.0一10.0ms，即發(fā)生了“匙孔”的延遲閉合現(xiàn)象。
這主要是由于電弧與“匙孔”產(chǎn)生禍合放電，為“匙孔”提供了足夠的高溫氣體，對(duì)“匙孔”側(cè)壁及底部產(chǎn)生壓力，維持“匙孔”打開(kāi)狀態(tài)，“匙孔”延遲閉合誘導(dǎo)焊接電弧持續(xù)壓縮，增強(qiáng)了熱源整體作用效果。
從上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，伴隨著耦合放電發(fā)生，通過(guò)激光的脈沖作用改變電弧等離子體的放電狀態(tài)，提高電弧等離子體的能量密度，以及激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合熱源的穿透能力和制造效率。激光脈沖作用消失后，耦合放電的延遲效應(yīng)使激光對(duì)電弧等離子體的增強(qiáng)效果仍可持續(xù)一定時(shí)間。
采用脈沖激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊及電弧焊方法進(jìn)行6mm鎂合金板材焊接，焊接接頭橫截而如圖3所示。焊接參數(shù)為:焊接速度v=1m/min，激光能量P=500W，電弧電流 I =120A(交流)，激光作用點(diǎn)與電弧鎢極間距D1a=2.0mm，用于對(duì)比試驗(yàn)的單電弧焊接速度為0.6m/min。
展開(kāi) 