為揭示小孔形成的機(jī)理，新加坡國立大學(xué)機(jī)械工程系閆文濤教授團(tuán)隊(duì)采用多物理場熱流體流動(dòng)模型，通過傳熱、熔池流、馬蘭戈尼效應(yīng)、金屬蒸發(fā)反沖壓力、達(dá)西定律和激光光線追蹤等手段，模擬了鎖孔波動(dòng)和鎖孔形成過程。根據(jù)X射線成像結(jié)果驗(yàn)證了瞬間氣泡形成和凝固前沿的模擬結(jié)果，分析了激光掃描速度增加對鎖孔深度波動(dòng)、吸收能量分布、鎖孔大小、熔池流量和力的變化趨勢，以解釋其機(jī)理和影響。還探索了通過模擬近真空環(huán)境壓力下的熔池流動(dòng)來減少甚至消除小孔的方法。相關(guān)研究以Mechanism of keyhole pore formation in metal additive manufacturing為題發(fā)表在Computational Materials上。

小孔形成過程有兩個(gè)不同的階段：瞬間氣泡形成和在凝固前段釘扎。在凝固前沿的氣泡釘扎過程中，瞬間氣泡下方的高流速會(huì)產(chǎn)生垂直阻力，阻礙氣泡上浮到熔池表面，氣泡最終被凝固前沿捕獲，形成小孔。鎖孔表面不均勻分布的反沖壓力增加了鎖孔塌陷形成鎖孔的可能性。

小孔孔徑對制造參數(shù)很敏感。隨著激光掃描速度的略微增加，小孔孔徑顯著減小，小孔形狀變?yōu)榍蛐?，水平分布在熔池底部。此外，小孔波?dòng)和能量吸收率變化的特征可以作為預(yù)測小孔形成可能性的標(biāo)準(zhǔn)。低環(huán)境壓力是減少甚至消除小孔形成的可行方法。與普通環(huán)境壓力相比，低環(huán)境下后鎖孔壁的反沖壓力更大，并保持了穩(wěn)定的鎖孔形狀。