3.3.1　極速熔化及冷卻過程的熔池內(nèi)單晶粒生長行為

3D打印過程的有限元仿真的建立首先需要對溫度場進行模擬。英國利茲大學Childs等［39～41］建立了單層粉末成形過程的熔池尺寸與溫度場分布數(shù)值模型，但該數(shù)值模型忽略了粉末對激光吸收率的變化、掃描速度的增加減小了熱散失、熱作用過程等因素對SLM成形過程的影響，如圖3-4所示。美國亞拉巴馬州立大學Gong等人［42，43］，利用ABAQUS有限元軟件，建立了電子束3D打印的有限元仿真模型，并計算了單晶粒生長規(guī)律，柱狀晶生長規(guī)律和過冷度等在晶粒生長中的作用。華中科技大學佳桂利用ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言（APDL）建立了有限元數(shù)值模型并進行了求解，并標明熔化成形過程中溫度場等值線呈橢圓狀，已凝固部分在光斑再次掃描至鄰近部位和上層粉末時由于熱傳導作用而發(fā)生重熔；熔池的尺寸大小隨吸收能量的增加而逐漸增大，如圖3-5所示。但從模擬仿真的結(jié)果來看，現(xiàn)有的仿真計算只能從趨勢上給出一些說明，還不能完全精確地實現(xiàn)微熔池的有限元仿真。

圖3-4　3D打印微區(qū)熔池模型建立

圖3-5　微區(qū)熔池形核及長大過程仿真