论文标题：Density-Based Optimization of the Laser Powder Bed Fusion Process Based on a Modelling Framework

论文链接：https://www.mdpi.com/2674-063X/2/1/4

期刊名：Alloys

期刊链接：https://www.mdpi.com/journal/alloys

激光粉末床熔融 (L-PBF) 增材制造 (AM) 工艺面临的主要挑战之一是制造无缺陷零件。缺陷的存在会严重降低增材制造零件的机械性能，尤其是疲劳强度。评估所采用工艺参数制造全密度零件能力的最常用且可靠的方法是工艺窗口图，也称为打印性图。然而，设计打印性图和确定最佳密度工艺参数的实验过程通常耗时且成本高昂。来自希腊帕特雷大学的George N. Lampeas教授和Harry O. Psihoyos提出了一种建模框架，基于熔池几何特征的预测和表征，以及316L不锈钢和Ti-6Al-4V金属合金小样品的孔隙率预测来确定打印性图，并优化L-PBF工艺。将结果与现有实验数据进行比较，发现两者具有良好的相关性，验证了建模方法的有效性。此外，还分析了所采用的缺陷判据对每种材料的适用性，以及填充间距工艺参数对最佳密度参数的影响。

研究方法

基于所提出的建模程序，L-PBF 工艺的优化旨在确定导致全致密材料和零件形成的主要工艺参数。预测的熔池特性（作为工艺参数的函数）被用作缺陷形成的指标，随后通过对小样品中孔隙形成进行 L-PBF 工艺的详细模拟，评估所确定的最佳工艺参数。

L-PBF工艺优化建模框架流程图

为了验证建模方法的有效性，作者展示了316L不锈钢和Ti-6Al-4V合金的预测打印性图，并与Liu等人的实验结果进行了比较。

基于建模框架的 316L SS 金属合金预测工艺图及其与实验表征的相关性

基于建模框架的Ti-6Al-4V合金预测工艺图及其与实验表征结果的相关性

研究总结

作者提出并验证了一种用于设计金属合金激光粉末床熔融（L-PBF）打印性图的建模方法。该L-PBF工艺的有限元建模方法包含两部分：单次激光扫描分析和小样品孔隙率分析。在单次激光扫描分析中，根据基于几何形状的准则，对不同工艺参数组合下的预测熔池进行表征。采用并评估了文献中已有的关于熔池缺陷（LOF）、匙孔和球化孔隙的判据。表征结果用于设计所研究金属合金的初始可打印性图，图中描绘了最佳密度区域以及熔池缺陷、匙孔和球化区域。对L-PBF零件进行初始优化。在小样品孔隙率分析中，利用初始预测的最佳密度参数模拟小样品的L-PBF制造过程，以预测其整体孔隙率。此步骤旨在研究最佳密度和熔池缺陷参数在构建孔隙率最小的零件方面的能力。研究结果用于更新初始工艺图并设计新的边界。该方法旨在减少设计打印性图所需的实验测试次数，从而准确预测导致激光粉末床熔融（L-PBF）缺陷和近乎全密度零件形成的参数。此外，该方法还可用于关联工艺参数与最终的微观结构以及所研究金属材料的力学性能。因此，可以降低增材制造（AM）金属零件力学性能的差异性，从而在工艺参数、材料微观结构和力学性能之间建立更一致的关系。该建模方法已基于文献中关于316L不锈钢和Ti-6Al-4V增材制造金属合金的现有实验数据进行了验证。总体而言，预测结果与实验表征结果之间的相关性非常令人满意，验证了所提出的方法。

期刊简介：

Alloys (ISSN 2674-063X) 是一个国际性、经同行评审的开放获取期刊。期刊涵盖了所有合金的制备、表征和应用。主题领域包括但不限于：铁合金，包括所有钢种；轻质合金；高熵合金、块状金属玻璃和金属间化合物；特殊合金，例如为耐腐蚀、高温性能而设计的合金；储氢和磁性；热机械加工、铸造、增材制造等合金加工技术；合金的理论和计算分析；合金在所有长度尺度上的表征；合金特性和性能，例如强度、疲劳、腐蚀、磨损和成型性等。期刊已经被Scopus, CNKI等数据库收录。

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/alloys

期刊主编：

Prof. Dr. Nikki Stanford, University of South Australia, Australia

投稿优势:

- 更高文章曝光度

Alloys目前已经被Scopus、CNKI等数据库收录。期刊2024年最新CiteScore为3.2，在Metals and Alloys, Engineering (miscellaneous) 和 Materials Science (miscellaneous) 三个领域均排在Q2分区。

- 更快发表速度

与传统的订阅和印刷期刊相比，Alloys通常能更快地在线发表被接收的文章。

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