| 2026 №04 (05) | 2026 №04 (07) |
Журнал «Автоматичне зварювання», № 4, 2026, с. 56-64
Вплив діаметра фокусної плями на формування треків і форму проплавлення розплаву в LPBF-процесі сталі 316L
С.В. Аджамський1,2
, Р.В. Подольський1,3,4, Т.В. Балаханова3, О.Є. Барановська3, С.І. Бадюк1,4, Н.П. Тогобицька5
1LLC «Additive Laser Technology of Ukraine». 49000, м. Дніпро, вул. Сергія Подолинського, 31в.
E-mail: as@alt-print.com
2Інститут транспортних систем і технологій НАН України. 49000, м. Дніпро, вул. Писаржевського, 5. E-mail: itst@westa-inter.com
3Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України. 49000, м. Дніпро, пл. Академіка Стародубова, 1. E-mail: rostislavpodolskij@gmail.com
4Інститут прикладних систем управління НАН України. 03187, м. Київ, пр. Академіка Глушкова, 42. E-mail: IACS@nas.gov.ua
5HTW University of Applied Sciences. 8 Triskovallie Str., 10318, Berlin, Germany. E-mail: Nataliya.Togobytska@htw-berlin.de
Систематично досліджувався вплив ключових параметрів процесу лазерного плавлення, а саме: діаметра фокусної плями, потужності лазера та швидкості сканування, на геометрію фронту кристалізації окремих треків, отриманих в аустенітній нержавкій сталі 316L. Особлива увага приділялася оцінці впливу діаметра фокусної плями. Дослідження проводилося експериментально з використанням лазерної обробної системи, що оснащена волоконними ітербієвими лазерами, з гаусовим профілем розподілу енергії (Gaussian Beam Profile). Однотрекові експерименти проводилися в широкому діапазоні умов обробки. Наприклад, потужність лазера варіювалася від 150 до 500 Вт, швидкість сканування – від 700 до 1000 мм/с, а діаметр фокусної плями – від 75 до 175 мкм. Результати досліджень показали, що найвища безперервність треків і стабільність процесу були досягнуті при використанні малого діаметра фокусної плями 75 мкм у поєднанні з потужністю лазера 175…200 Вт та швидкістю сканування 1000 мм/с. Збільшення діаметра фокусної плями понад 125 мкм вимагало значного збільшення потужності лазера для підтримки плавлення, що супроводжувалось помітним зниженням стабільності треку. При використанні діаметра фокусної плями 175 мкм спостерігалась капілярна нестабільність та утворення крапель навіть при високій потужності лазера та помірних швидкостях сканування. Подальший аналіз показав, що оптимальне співвідношення глибини до ширини ванни розплаву, яке перевищує 0,8, що є характерним для режиму плавлення типу «замкова щілина», було досягнуто виключно при діаметрі фокусної плями 75 мкм. Навпаки, більші діаметри фокусної плями призводили до утворення менш глибоких ванн розплаву, тим самим збільшуючи ймовірність утворення дефектів у кінцевих компонентах. Бібліогр. 21, табл. 4., рис. 8.
Keywords: LPBF – технологія, одноколійне сканування, діаметр фокусної плями, параметри процесу сканування
Отримано 26.02.2026
Отримано у переглянутому вигляді 27.04.2026
Підписано до друку 20.07.2026
Оприлюднено 24.07.2026
Список літератури
1. Adjamskiy, S., Kononenko, G., Podolskyi, R., Badyuk, S. (2022) Implementation of selective laser melting technology in Ukraine. Kyiv, Naukova Dumka [in Ukrainian].2. Wang, X., Gong, X., Chou, K. (2017) Review on powder-bed laser additive manufacturing of Inconel 718 parts. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Pt B: J. of Engineering Manufacture, 231(11), 1890–1903. DOI: https://doi.org/10.1177/0954405415619883
3. Sames, W.J., List, F.A., Pannala, S., Dehoff, R.R., Babu, S.S. (2016) The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing. Intern. Mat. Rev., 61(5), 315–360. DOI: https://doi.org/10.1080/09506608.2015.1116649
4. Holla, V., Kopp, P., Grünewald, J., Wudy, K., Kollmannsberger, S. (2023) Laser beam shape optimization in powder bed fusion of metals. Additive Manufacturing, 72, 103609. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103609
5. Yildiz, R.A., Popa, A.-A., Malekan, M. (2024) On the effect of small laser spot size on the mechanical behavior of 316L stainless steel fabricated by L-PBF additive manufacturing. Materials Today Communications, 38, 108168. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108168
6. Nie, X., Chen, Z., Qi, Y., Zhang, H., Zhang, C., Xiao, Z., Zhu, H. (2020) Effect of defocusing distance on laser powder bed fusion of high strength Al–Cu–Mg–Mn alloy. Virtual and Physical Prototyping, 15(5), 325–339. DOI: https://doi.org/10.1080/17452759.2020.1760895
7. Liu, B., Fang, G., Lei, L., Liu, W. (2022) Experimental and numerical exploration of defocusing in Laser Powder Bed Fusion (LPBF) as an effective processing parameter. Optics and Laser Technology, 149, 107846. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.107846
8. Metelkova, J., Kinds, Y., Kempen, K., Formanoir, C., Witvrouw, A., Van Hooreweder, B. (2018) On the influence of laser defocusing in selective laser melting of 316L. Additive Manufacturing, 23, 161–169. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.08.006
9. Paraschiv, A., Matache, G., Condruz, R.M., Frigioescu, T.F., Ionică, I. (2021) The influence of laser defocusing in selective laser melted IN 625. Materials, 14(13), 3447. DOI: https://doi.org/10.3390/ma14133447
10. Gerstgrasser, M., Cloots, M., Stirnimann, J., Wegener, K. (2021) Focus shift analysis to manufacture dense and crackfree SLM-processed CM247LC samples. J. of Mater. Proces. Technology, 289, 116948. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116948
11. Bean, G.E., Witkin, D.B., McLouth, T.D., Patel, D.N., Zaldivar, R.J. (2018) Effect of laser focus shift on surface quality and density of Inconel 718 parts produced via selective laser melting. Additive Manufacturing, 22, 207–215. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.04.024
12. Zhou S., Su, Y., Gu, R., Wang, Z., Zhou, Y., Ma, Q., Yan, M. (2019) Impacts of defocusing amount and molten pool boundaries on mechanical properties and microstructure of selective laser melted AlSi10Mg. Materials, 12(1), 73. DOI: https://doi.org/10.3390/ma12010073
13. Adzhamskyi, S.V., Kononenko, G.A., Podolskyi, R.V. (2023) Mechanical properties of Inconel 718 alloy produced using selective laser melting technology with dynamic focusing on application surface. Mater. Sci., 59, 420–425. DOI: https://doi.org/10.1007/s11003-024-00793-8
14. Agrawal, A.K., Rankouhi, B., Thoma, D.J. (2022) Predictive process mapping for laser powder bed fusion: A review of existing analytical solutions. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 26(6), 101024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cossms.2022.101024
15. Zhang, Z., Zhang, T., Sun, C., Karna, S., Yuan, L. (2024) Understanding melt pool behavior of 316L stainless steel in laser powder bed fusion additive manufacturing. Micromachines, 15(2). DOI: https://doi.org/10.3390/mi15020170
16. Scime, L., Beuth, J. (2019) Melt pool geometry and morphology variability for the Inconel 718 alloy in a laser powder bed fusion additive manufacturing process. Additive Manufacturing, 29, 100830. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.100830
17. Weaver, J.S., Heigel, J.C., Lane, B.M. (2022) Laser spot size and scaling laws for laser beam additive manufacturing. J. of Manufacturing Processes, 73, 26–39. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.10.053
18. Bergmüller, S., Gerhold, L., Fuchs, L., Kaserer, L., Leichtfried, G. (2023) Systematic approach to process parameter optimization for laser powder bed fusion of low-alloy steel based on melting modes. Int. J. of Advanced Manufacturing Technology, 126, 4385–4398. DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-023-11377-2
19. Stoll, T., Prudlik, R., Birg, M. et al. (2025) Influence of different beam shapes on melt pool geometry of single melt tracks on IN718. Prog. Addit. Manuf., 10, 2675–2690. DOI: https://doi.org/10.1007/s40964-024-00775-x
20. Xiao, B., You, B.H., Jin, T. (2024) Computational analysis of selective laser sintering of Inconel 625. Frontiers in Heat and Mass Transfer., 22(2), 417–432. DOI: https://doi.org/10.32604/fhmt.2024.048739
21. Zhang, B., Seede, R., Xue, L., Atli, K.C., Zhang, C., Whitt, A., Karaman, I., Arroyave, R., Elwany, A. (2021) An efficient framework for printability assessment in laser powder bed fusion metal additive manufacturing. Additive Manufacturing, 46(1), 102018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102018
Ця стаття у відкритому доступі за Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.