3.3.1　极速熔化及冷却过程的熔池内单晶粒生长行为

3D打印过程的有限元仿真的建立首先需要对温度场进行模拟。英国利兹大学Childs等［39～41］建立了单层粉末成形过程的熔池尺寸与温度场分布数值模型，但该数值模型忽略了粉末对激光吸收率的变化、扫描速度的增加减小了热散失、热作用过程等因素对SLM成形过程的影响，如图3-4所示。美国亚拉巴马州立大学Gong等人［42，43］，利用ABAQUS有限元软件，建立了电子束3D打印的有限元仿真模型，并计算了单晶粒生长规律，柱状晶生长规律和过冷度等在晶粒生长中的作用。华中科技大学佳桂利用ANSYS参数化设计语言（APDL）建立了有限元数值模型并进行了求解，并标明熔化成形过程中温度场等值线呈椭圆状，已凝固部分在光斑再次扫描至邻近部位和上层粉末时由于热传导作用而发生重熔；熔池的尺寸大小随吸收能量的增加而逐渐增大，如图3-5所示。但从模拟仿真的结果来看，现有的仿真计算只能从趋势上给出一些说明，还不能完全精确地实现微熔池的有限元仿真。

图3-4　3D打印微区熔池模型建立

图3-5　微区熔池形核及长大过程仿真