The powder motion in laser powder bed fusion (LPBF) processes causes defect and variability issues in the built products. It has been reported that the ambient pressure has a significant influence on the powder motion, but the physical effects of the ambient pressure on the gas flow, powder-gas interaction, and powder behavior are not quantitatively understood. In this work, we have developed the first three-dimensional multiphysics model for LPBF to simulate the molten pool dynamics, depression zone evolution, gas flow structure, and powder motion in a fully coupled manner. The model enables the first quantitative investigation of the gas flow, powder-gas interaction, and powder behavior in LPBF with different ambient pressure levels, all of which are difficult to measure by experiments. The simulation results show a consistent gas flow structure for all different pressure levels, but the gas flow parameters (temperature, velocity, Reynolds number, and Knudsen number) vary significantly with the ambient pressure. Four powder-gas interaction modes are defined by the gas flow around the particle and the gas-induced forces on the particle, and the interaction modes, individually or collectively, control the motion of each particle. With the changes in the ambient pressure and the gas flow parameters, the significance of the four modes to the powder motion varies, and the powder behavior (temperature, force, velocity, and ejection angle) becomes different. A new strategy is proposed to mitigate the powder motion based on the modeling results.

激光粉末床融合 (LPBF) 工艺中的粉末运动会导致成品出现缺陷和可变性问题。据报道，环境压力对粉末运动有显着影响，但环境压力对气流、粉末-气体相互作用和粉末行为的物理影响尚不清楚。在这项工作中，我们开发了第一个 LPBF 三维多物理场模型，以完全耦合的方式模拟熔池动力学、凹陷区演化、气体流动结构和粉末运动。该模型能够对不同环境压力水平下 LPBF 中的气体流动、粉末-气体相互作用和粉末行为进行首次定量研究，所有这些都难以通过实验测量。模拟结果显示所有不同压力水平的气流结构一致，但气流参数（温度、速度、雷诺数和克努森数）随环境压力变化显着。四种粉末-气体相互作用模式由粒子周围的气流和粒子上的气体诱导力定义，相互作用模式单独或共同控制每个粒子的运动。随着环境压力和气体流量参数的变化，四种模式对粉体运动的重要性不同，粉体行为（温度、力、速度和喷射角）变得不同。基于建模结果提出了一种减轻粉末运动的新策略。雷诺数和克努森数）随环境压力而显着变化。四种粉末-气体相互作用模式由粒子周围的气流和粒子上的气体诱导力定义，相互作用模式单独或共同控制每个粒子的运动。随着环境压力和气体流量参数的变化，四种模式对粉体运动的重要性不同，粉体行为（温度、力、速度和喷射角）变得不同。基于建模结果提出了一种减轻粉末运动的新策略。雷诺数和克努森数）随环境压力而显着变化。四种粉末-气体相互作用模式由粒子周围的气流和粒子上的气体诱导力定义，相互作用模式单独或共同控制每个粒子的运动。随着环境压力和气体流量参数的变化，四种模式对粉体运动的重要性不同，粉体行为（温度、力、速度和喷射角）变得不同。基于建模结果提出了一种减轻粉末运动的新策略。单独或集体控制每个粒子的运动。随着环境压力和气体流量参数的变化，四种模式对粉体运动的重要性不同，粉体行为（温度、力、速度和喷射角）变得不同。基于建模结果提出了一种减轻粉末运动的新策略。单独或集体控制每个粒子的运动。随着环境压力和气体流量参数的变化，四种模式对粉体运动的重要性不同，粉体行为（温度、力、速度和喷射角）变得不同。基于建模结果提出了一种减轻粉末运动的新策略。