3D打印仿真技术 - FLOW-3D AM软件

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FLOW-3D AM为美国Flow Science公司开发的3D打印模拟软件，可用于模拟和分析多种3D打印工艺，如激光粉末床熔融（L-PBF）、黏结剂喷射和直接能量沉积（DED）。FLOW-3D AM的自由表面跟踪算法及多物理场模型可高精度模拟铺粉、熔池动力学、气孔形成、树脂渗透和扩散等，分析和优化工艺参数，为这些过程提供独特的仿真视角。

激光粉末床熔融

激光粉末床熔融过程涉及复杂的多物理场现象，如流体流动、传热、表面张力、相变和凝固，这些现象对仿真的准确性有重要影响。FLOW-3D AM分析时可考虑粉末粒度分布，求解质量、动量和能量守恒方程。

激光粉末床熔融工艺的主要阶段是铺粉、粉末熔化和固化，然后在之前的固化层上铺设新粉末，并再次将新层熔化和融合至之前固化层上。FLOW-3D AM可用于模拟这些阶段。

铺粉过程

基于DEM模块，软件可设置一定配比的粒子堆积铺平来模拟铺粉。可计算不同粒度分布下的粉末堆积密度，从而优化粉末配比。

FLOW-3D AM利用其DEM模块还可以对粒子-粒子相互作用、流体-粒子耦合和粒子-运动物体相互作用进行详细分析。此外，它也可以指定一个粒子间的力，以更精确地研究铺粉。

激光烧结

铺好粉床后，可以在WELD模块中指定激光束工艺参数，以进行高精度熔池模拟。可以详细分析温度、速度、固相分数、温度梯度及凝固速度。

熔池凝固后，FLOW-3D AM生成的压力和温度数据也可以导入到Abaqus或MSC Nastran等有限元工具中，以分析应力和变形量。

316L不锈钢激光选区熔化仿真案例

此案例为某高校委托Flow Science China进行的测试项目，基于FLOW-3DAM进行金属粉末在激光热源下的熔化、流动和凝固全过程仿真。双层多路径激光增材制造仿真过程：先在单层粉床进行三平行路径激光增材制造仿真，待此层凝固后重新铺粉再进行单一路径（与首层中间路径相同位置）激光熔化凝固过程模拟。

316L不锈钢粉末球体直径分别为15μm、20μm和25μm, 体积占比各1/3；粉床厚度50μm，单层粉床长度、宽度分别取1200μm、300μm；相邻激光扫描路径间距50μm。