TA15钛合金L-PBF成形过程气孔数值模拟及工艺参数研究

杨来侠; 戴杰; 慎松; 张恒; 李庆宇; 陈祯

doi:10.13433/j.cnki.1003-8728.20230360

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TA15钛合金L-PBF成形过程气孔数值模拟及工艺参数研究

更新时间：2026-04-23

- TA15钛合金L-PBF成形过程气孔数值模拟及工艺参数研究
- Numerical Simulation of Porosity and Processing Parameters in L-PBF Forming of TA15 Titanium Alloy
- 机械科学与技术 2025年44卷第10期页码：1732-1737
- 作者机构：
  
  1. 西安科技大学机构机械工程学院,西安,710054
  2. 西安交通大学机械工程学院,西安,710049
  3. 中国航发动力股份有限公司,西安,710021
  4. 国家增材制造创新中心,西安,710100
- 作者简介：
  
  [ "杨来侠，教授，博士，" ]
  [ "陈祯，副教授，博士，" ]
- 基金信息：
  
  陕西省教育厅2022年度服务地方专项科研计划 22JC053 陕西省教育科学“十四五”规划2021年度课题 SGH21Y0522
- DOI：10.13433/j.cnki.1003-8728.20230360
  中图分类号：
- 纸质出版：2025
- 稿件说明：
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杨来侠, 戴杰, 慎松, 等. TA15钛合金L-PBF成形过程气孔数值模拟及工艺参数研究[J]. 机械科学与技术, 2025,44(10):1732-1737.

杨来侠, 戴杰, 慎松, et al. Numerical Simulation of Porosity and Processing Parameters in L-PBF Forming of TA15 Titanium Alloy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2025, 44(10): 1732-1737.
杨来侠, 戴杰, 慎松, 等. TA15钛合金L-PBF成形过程气孔数值模拟及工艺参数研究[J]. 机械科学与技术, 2025,44(10):1732-1737. DOI： 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230360.

杨来侠, 戴杰, 慎松, et al. Numerical Simulation of Porosity and Processing Parameters in L-PBF Forming of TA15 Titanium Alloy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2025, 44(10): 1732-1737. DOI： 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230360.

摘要

激光粉末床熔融(L-PBF)逐点、逐线、逐体成形的特点往往会产生难以控制的缺陷，气孔是影响L-PBF成形件质量的典型缺陷之一

因此研究气孔对提高L-PBF成形件力学性能很有必要。本文考虑材料随温度变化的热物性参数，基于离散元法(DEM)建立了TA15钛合金L-PBF成形过程熔池介观尺度的多物理场数值计算模型，利用流体体积(VOF)法对熔池自由表面进行追踪模拟，采用计算流体力学(CFD)FLOW-3D软件对TA15钛合金L-PBF成形过程的气孔进行数值模拟，研究激光功率P和扫描速度v对熔池气孔的影响规律。结果表明：随着激光功率的增加和扫描速度的降低，熔池深度呈增大趋势，气孔数量增多，熔池内产生孔隙的激光能量密度阈值E=0.043 3 MJ/(m·s1/2)。

Abstract

Laser powder bed fusion (L-PBF) with point-by-point

line-by-line

body-by-body forming often produces defects and that are difficult to control

and porosity is one of the typical defects that affect the quality of L-PBF formed parts. Therefore

the study on the porosity defects is necessary to improve the mechanical properties of L-PBF formed parts. A numerical model for mesoscopic scale of the melt pool in the L-PBF forming of TA15 titanium alloy is established based on the discrete element method (DEM)

and the volume of fluid (VOF) method is used to trace the free surface of the melt pool for simulation

and the computational fluid dynamics (CFD) FLOW-3D software is used to simulate the porosity defects in the L-PBF forming of TA15 titanium alloy. The effect of the laser power P and scanning speed v on the melt pool porosity defects was investigated. The results show that as the laser power increases and the scanning speed decreases

the melt pool depth tends to increase and the number of pores increases

and the laser energy density threshold for pores in the melt pool is E=0.043 3 MJ/(m·s1/2).

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