图6 水平（a-c）和横向（d-f）横截面中的凝固晶粒结构作为激光束形状的函数 。
图7 作为不同光束形状下中心纵向截面和相应晶体织构的凝固晶粒结构 。
对于所研究的所有光束形状 ， 融合边界附近的晶粒结构（如弯曲虚线所示）由细长的柱状晶粒主导 ， 如所有三个横截面所示 。 例如 ， 如横截面所示（图6（d）–（f）） ， 柱状颗粒从熔合边界发出并朝向沉积物的弯曲顶面生长 。 这些晶粒（脱离融合边界）可能欺骗性地看起来具有等轴形态 。 由于到目前为止在模拟中禁用了成核 ， 因此这些等轴状晶粒实际上是柱状晶粒 ， 它们起源于面外位置并延伸到测量平面 。 因此 ， 水平截面（即柱状和“等轴”晶粒的混合物）中晶粒结构的空间不均匀性与其他两个横截面的晶粒结构发展密切相关 ， 后者也随激光束形状而显着变化 。
熔体流动的时间快照显示了飞溅和剥蚀 。
一方面 ， 与其他两种光束形状（图6（d）和（f））相比 ， 相对较宽的TE光束激活了更多部分熔化的晶粒 ， 以便沿构建方向进行外延生长（图6（e）） 。 另一方面 ， 由于TE梁下的熔池几何形状相对平坦 ， 活化晶粒之间的外延生长相对独立（即平行） 。 相反 ， 在CG和LE梁下 ， 横向横截面中的晶粒很容易被在其侧面发育的其他晶粒中断 。 因此 ， 在TE梁下 ， 有更多的晶粒从熔池底部发育并沿构建方向延伸一定距离 ， 然后通过测量水平面进行切片 ， 表现为在熔合区中心通过成核和生长形成的等轴晶粒 。
大多数情况下 ， 侧颗粒完全熔化并被困在过渡区域的流动中 。 原因是液体在凹陷边缘循环 ， 类似于泪滴 。 在传统焊接中观察到这种模式 。 其中流动在红色（Vy < 0）和蓝色（Vy > 0）之间交替两次围绕凹陷边缘：一次在凹陷之前 ， 指示远离激光光斑的运动 ， 最后一次指示流体从侧面进入并连接形成过渡区域 。 这种圆周运动的直径比熔体轨道宽度宽 。
由于基板中只有一小部分晶粒受到单个激光轨迹的影响 ， 因此我们仅观察经历部分熔化和外延生长的晶粒 。 代表晶粒结构（受轨道影响）的{001极图分别显示在图8（a）、（b）和（c）中 ， 分别显示了CG、TE和LE光束 。 很明显 ， 具有最大强度的极点（极图中的红色斑点）的位置随光束形状而显着变化 ， 表明其对所得晶粒结构的影响 。
图8（A-C）不同激光束形状下受熔池影响的晶粒（即晶粒发生部分熔融和外延生长）的晶体织构（用（001）极图表示） 。
竣工PBF （EBM） Ti-6Al-4V样品的大面积EBSD显示裂纹扩展 ， 与沿重建β晶粒 。
工艺引起的AM缺陷和微观结构变化/变化会影响拉伸和韧性性能 。 然而 ， 这些缺陷以及表面粗糙度和残余应力会主导循环行为 ， 掩盖微观结构效应 ， 并且会通过提供有效的疲劳起始位点以及叠加的有害残余应力来严重降低高周疲劳性能 。
Kobryn&Semiatin在 LENS 加工（即 DED）上 ， Ti-6Al-4V 表现出超出铸造性能的HCF 行为 ， 并且处于铸造 + HIP 和锻造退火 Ti-6Al-4V ， 还揭示了方向依赖性疲劳寿命 。 更多近期工作在LENS加工的Ti-6Al-4V上记录了缺陷主导的疲劳行为 ， 表面裂纹和表面未熔化的颗粒产生断裂 ， 以及未熔化颗粒的次表面疲劳萌生 。 与散装未熔化颗粒的次表面裂纹萌生相比 ， 表面未熔化的颗粒将疲劳寿命缩短了一个数量级 。 然而 ， 当通过优化LENS工艺参数 ， 沉积和模拟修复条件都可能产生超过锻造、退火 Ti-6Al-4V 的下限且处于铸造 + HIP 材料的上限区域的疲劳寿命 。
来源：Microstructural control in metal laser powder bed fusion additive manufacturing using laser beam shaping strategy Acta Materialia doi.org/10.1016/j.actamat.2019.11.053
【顶刊《Acta Materialia》：使用激光束整形策略的金属激光粉末床熔融增材制造中的微观结构控制（1）】参考文献：Scientific technological and economic issues in metal printing and their solutions Nat. Mater. (2019); 3D Printing and Additive Manufacturing State of the Industry Wohlers Associates Fort Collins 2018.；Progress towards metal additive manufacturing standardization to support qualification and certification JOM 69 (3) (2017) pp. 439-455
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