增材制造过程中工艺参数的良好匹配对于形成的微观组织，进而获得稳定的性能至关重要。目前常规的工艺参数中，因制造设备的局限性，往往将激光光束的形状视为一个固定参数，通过调整激光功率、扫描策略等参数对微观组织进行控制与优化。
来自美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究表明，不同形状的光斑形貌对于凝固组织的生长和微观组织的形成有极大影响，这有利于增材制造过程中更好的控制等轴晶的形成。相关论文以题为“Microstructuralcontrol in metal laser powder bed fusion additive manufacturing using laser beam shaping strategy”于2月1日发表在金属材料顶级刊物 Acta Materialia。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645419307931
作者采用P-PBF工艺，利用光学整形技术将激光能量分别调整为纵向椭圆形(LE)，环形高斯(CE)和横向椭圆形(TE)三种分部状态；采用元胞自动机模型模拟熔池内部晶粒生长、形核，讨论不同光强分部状态下熔池凝固微观组织的形成机理，并结合实验进行了验证。研究发现，不同光强分部条件下，熔池的宽度、深度和长度差异较大，对应的晶粒形核形核数目和生长方式也有很大差异，最终形成柱状晶、等轴晶亦或着混合组织。
不同能量分部条件下熔池形貌与尺寸变化
熔池形状与光斑形状直接的关系
对比分析三种条件下熔池尺寸变化，LE条件下，熔深大，熔池窄；TE条件下熔深浅，熔池宽；当激光打开的顺势状态下，熔池中晶粒的形核数目与熔池宽度呈正相关，即TE条件下更有利于形成等轴晶或者等轴-柱状晶的混合组织，其余参数下更倾向于形成柱状晶，具有较强的取向。这表明激光反复开关，可能更有利于形成等轴晶，或者说采用脉冲激光能促进形核，促使凝固组织成为等轴晶，改善材料性能。
来源：材料科学网
