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摘要
基于离散元方法和计算流体力学法，建立了介观尺度下激光粉末床熔融（Laser powder bed fusion, LPBF）成形纯锌熔池传热流动耦合模型。重点讨论了工艺参数对熔池温度场、流场演变以及熔道形貌的影响机制。研究结果表明：LPBF成形过程中，低熔沸点纯锌对瞬时热输入的变化非常敏感，随着激光功率的提高，熔道成形尺寸、峰值温度、冷却速率均显著增加，当激光功率由30 W分别提高到60 W和90 W时，熔池实时体积非线性分别增长510%和1730%；扫描速率的提高导致激光能量更多的被表层锌粉所吸收，熔池的长宽比逐渐由1.28变为1.98，长深比由1.61变为3.45，熔池形态呈现长、浅、窄。在熔深方向的温度梯度变大，最大冷却速率由3.6×10～6 K·s-1提高到1.3×10～7 K·s-1，在高扫描速率作用下，实时熔池体积波动大，熔道成形具有不稳定性。随着激光能量密度的提高，熔池内部流动不断加剧，激光中心区域纯锌蒸发现象变得明显，熔池流动的主导驱动力逐渐由温度梯度引起的Marangoni对流转变为蒸发反冲压力，所成形熔道的形貌由中心点状凹坑逐步发展为连续的裂隙状。研究结果可为LPBF成形低熔沸点金属熔池演变与工艺优化提供理论指导。
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