一种用于构建增材制造金属合金可打印性图的自动化全计算框架

在增材制造中，需要确定最优工艺条件以制造无孔隙部件。为此，需对任意合金的设计空间进行界定与分析，以识别不同激光功率-扫描速度组合下的缺陷区域，并可通过可打印性图进行可视化。由于涉及实验，构建可打印性图通常成本高昂，这限制了其在高通量产品设计中的应用。为降低构建可打印性图的成本与工作量，本文引入了一种全计算框架。该框架结合 CALPHAD 模型与降阶模型来预测材料性能。随后，一种称为 Eagar-Tsai 模型的解析热模型利用其中部分材料性能来计算增材制造过程中的熔池几何形状。最后，利用材料性能、熔池尺寸以及常用于未熔合、球化和锁孔缺陷的判据构建可打印性图。为验证该框架及其在激光粉末床熔融合金上的普遍适用性，分析了五种常见增材制造合金。此外，评估了三种不同成分的 NiTi 基合金，以展示该框架向不同成分合金体系的进一步扩展。这些可打印性图中的缺陷区域与相应实验观测进行了验证，以比较和基准化缺陷判据，并为每种独特材料成分找出精度最高的优化判据集。此外，由我们的框架获得的 NiTi 可打印性图与多模型框架得到的工艺图联合使用，以指导具有可定制性能与表现的无缺陷增材制造部件的制备。