最近对LOF孔隙度的研究证实了这一发现 ， 尽管具有相同的能量密度 ， 但使用不同工艺参数生产的LPBF材料的相对密度可能相差5% ， 这表明能量密度本身并不是孔隙度形成的可靠预测指标 。 对lpbfalsi10mg的研究也支持这一观点 ， 指出单凭能量密度准则无法持续预测孔隙度 。 如果舱口间距增大 ， 层厚减小相同比例 ， 能量密度保持不变 。 在几何模型中 ， 关键参数是相对于层厚的最小熔化深度(相邻熔体池之间的重叠深度) 。 与能量密度一样 ， 最小熔化深度不依赖于缺口间距和层厚 。 这可以通过选择大于熔体池宽度的舱口间距很容易看出 。 熔化的最小深度为零 ， 任何层厚都将发生熔合不足的情况 。 然而 ， 相对较小的层厚仍能保持恒定的能量密度值 。 因此 ， 本研究采用Tang等人所描述的简单几何模型预测ti - 6al - 4v测试块在P-V空间内的LOF孔隙度边界 ， 如图2所示 。 材料熔化不足的几何判据 ， 因此LOF孔隙率可在公式1中得到 。
图2 用于确定LOF孔隙边界的样品根据LOF准则和相应的缺陷密度绘制 。 为了避免LOF孔隙不规则 ， 熔池重叠和重叠深度必须遵循几何准则 。 重要的是 ， 熔池重叠(H/W)应为<1 ， 重叠深度(L/D)也应保持<1 。
其中W为熔池宽度 ， L为切片层厚度(也为熔池层厚度 ， 假设粉末填充比例为50%) ， D为熔池总深度 。 表1给出了计算中使用的参数值 。 假设熔池形状为半圆形 ， 熔池宽度(W)估计为罗森塔尔计算的熔池深度(D)的两倍 ， 即W = 2*D 。 该模型假设双半圆形熔体池截面形状 ， 中心距等于开口间距H(如传导方式熔体) 。
根据Rosenthal 方程 ， 通过微分和近似可以估算熔池深度D ， 即：
这里D是熔池深度(作为?熔池宽度为半圆形的形状)Q是激光功率?吸收率e是自然对数的基础密度ρCp是比热容V是激光扫描速度Tmelt融化温度T0是初始温度 。 本分析中使用的LPBF Ti-6Al-4V的值为Q = 170 W ， ?= 0.48 ， ρ =4430 kg/m3 Cp = 526 J/ kg·K ，(Tmelt - T0) =1610K[20
。 值得注意的是 ， 当应用于具有高导热性和较低扫描速度的材料时 ， 推导这个封闭形式解的特定假设可能会影响这个方程的有效性 。 熔池尺寸是在激光扫描速度和功率相同的情况下估计的 ， 用于制造测试块 。 之前计算这些工艺参数的熔体池尺寸的工作都是基于实验结果 ， 而本文的目的是提供分析计算熔体池尺寸的方法 ， 并表明相对简单的方程可以很好地预测LOF孔隙度 。
利用估计的熔体池宽度 ， 确定ti - 6al - 4v测试块在P-V空间的LOF边界 ， 例如图1中将试件1、4、6和7与试件9分隔开的虚线 。 μSXCT结果显示 ， 样品9内部存在较大的、不规则的LOF缺陷 ， 该缺陷位于图1中估计的LOF边界以下 。 图2显示了根据公式1绘制的熔体池几何值 ， 即(H/W) vs (L/D) 。 图2中的实线表示(H/W)2 + (L/D)2)的值等于1 。 对于远小于1的值 ， 几何模型假设可以实现完全重叠 ， 从而减少LOF孔隙的出现 。 相反 ， 当值接近并超过1时 ， LOF孔隙率是预期的 。 几何模型还假设(H/W)2 + (L/D)2)值在离1更远的地方减小(或增大) ， LOF孔隙度将继续减小(或增大) 。 这可以从样品1、4、6和7的μSXCT结果中看出(见图2) 。
样品7的(H/W)2 + (L/D)2)值与样品1相似 ， 而样品4和6的(H/W)2 + (L/D)2)值与样品1相比有所降低 ， 不规则缺陷含量也有所降低 。 随着(H/W)2 + (L/D)2)值的降低 ， 不规则缺陷含量似乎也减少了 ， 如图2所示 。 样品6具有最小的(H/W)2 + (L/D)2)值和体积%的不规则LOF孔;因此 ， 试样9具有最大的((H/W)2 + (L/D)2)值和最大的不规则LOF孔隙体积% 。 这一趋势在所有样品的舱口间距值为140 μm时都可以观察到(图2) 。
来源：Defectstructure process maps for laser powder bed fusion additive manufacturing ， AdditiveManufacturing ， doi.org/10.1016/j.addma.2020.101552参考文献：J.A. SlotwinskiE.J. Garboczi K.M. Hebenstreit ， Porositymeasurements and analysis for metal additive manufacturing process control ， J. Res.Inst. Stand. Technol. 119 (2014) p. 494 10.6028/jres.119.019
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