Beam Shaping in LPBF of IN718: Top-Surface Morphology and Defect Mechanisms — Doubling Build Rate via Small Hatch Spacing and High Scan Speed Process Window
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光束整形LPBF成形IN718顶面形貌与缺陷机制研究:小时距高速工艺窗口实现构建速率翻倍
慕尼黑工业大学激光增材制造团队 Robin Prudlik、Jonas Grünewald、Simon Sankaré 与 Katrin Wudy 在《Additive Manufacturing》期刊(2026年10月刊,DOI 10.1016/j.addma.2026.105402)发表论文,系统研究激光功率、扫描速度与扫描间距对 IN718 激光粉末床熔融(PBF-LB/M)顶面形貌与缺陷形成的影响,对比高斯光束与环形光束两种光斑轮廓。研究表明,表面张力驱动的熔池不稳定性是限制生产率的核心因素,在高扫描速度(≳1600 mm/s)与大扫描间距(≳0.15 mm)下尤为突出。扫描间距是表面不规则的首要触发因素,通过控制道间重熔与横向熔池约束起作用;扫描速度则决定形貌类型与特征波长。增大扫描间距会减少道间重叠、抑制重熔诱导的平整化,诱发不稳定表面特征;提高扫描速度则缩小熔池尺寸,驱动表面由连续向不连续状态转变。研究采用 ISO 25178 面粗糙度参数与规则化分类框架构建工艺图:平整顶面仅在小时距下实现,与光束形状无关;而小时距与高扫描速度的组合,可在保持平整顶面的同时,将构建速率较现有典型工艺提高两倍以上。对粉末采购商的价值:该研究给出 IN718 粉末在光束整形工艺下兼顾表面质量与生产率的新工艺窗口,小时距高速率策略对粉末批次一致性提出更高要求——球形度、粒径分布与流动性直接影响高速扫描下的熔池稳定性,采购时应核验供应商的批次数据与质量追溯证明。