激光选区熔化(SLM)技术作为增材制造技术之一,可高精度地成型复杂结构的零件,近年来在航空航天、生物医学等领域得到一定发展与应用。然而,人们对SLM过程中产生缺陷的形成机理的理解得还不全面,导致该技术的精确成型在实践中难以实现。数值模拟具有直观、高效以及成本低的优点,成为SLM研究中的有效方法。本课题构建了多物理场模型和粉床模型,以316L不锈钢为研究对象,通过FLOW-3D软件模拟了单熔道成型过程,进行了工艺参数的筛选和实际成型验证,并对单熔道成型过程中产生的缺陷进行了分析,提出了改善措施。主要工作及结论如下:1.对单熔道成型过程物理现象进行分析,构建了熔池传热和驱动力的多物理场模型;根据316L粉末特征,构建了粉床模型。2.以激光功率和扫描速度为研究重点,模拟得出熔池温度及尺寸的变化规律:随着激光功率增加,熔池温度升高,熔池尺寸增加;随着激光扫描速度增加,熔池温度降低,熔池尺寸随之减小。3.以熔道形貌、温度场以及熔池尺寸为研究对象进行单熔道成型模拟,在激光光斑尺寸R=30μm,铺粉的粉末颗粒为10-60μm时,激光功率P=250 W、扫描速度v=1.0 m/s为最佳工艺参数。经过不同激光功率和扫描速度下的实际单熔道成型实验,验证了模拟工作中模型建立与工艺筛选的准确性。4.球化现象是由于基板未能熔化而产生,与粉末颗粒的排布方式无关。通过适当增加激光热量的输入,此现象得以消失。5.不平直现象是由于熔道边缘的大尺寸粉末颗粒扰乱熔池的流动方向而产生。通过提高激光热量输入,并减小粉末颗粒的尺寸,可改善此现象。6.飞溅现象是由于激光热量输入太高,熔池蒸汽反冲力对熔池液面产生扰动导致部分金属液体被甩出熔池而产生,与粉末颗粒的排布方式及大小无关。通过适当减小激光热量输入可改善此现象。研究工作对于减少SLM技术中单熔道成型的缺陷,进而提高零件成型精度提供了有效的解决方法,具有实际意义。