DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-005
С. В. Аджамський1,2, д-р філософії, ORCID 0000-0002-6095-8646
Т. В. Балаханова3,*, к.т.н., ORCID 0000-0003-2493-218X
О. Є. Барановська3, к.т.н., ORCID 0000-0002-4106-5797
Р. В. Подольський2,3,4, д-р філософії, ORCID 0000-0002-0288-0641
1 Інститут транспортних систем та технологій НАН України
2 Адитивні лазерні технології України
3 Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України
4 Інститут прикладних систем управління НАН України
* Автор для листування: tatja.balakhanova@gmail.com
СУПЕРЕЧЛИВІСТЬ ВПЛИВУ ПАРАМЕТРІВ СКАНУВАННЯ НА ГЕОМЕТРІЮ ТА РОЗМІРИ ВАННИ РОЗПЛАВУ ПІД ЧАС ПРОЦЕСУ LPBF (ОГЛЯД)
Анотація. Лазерне плавлення в порошковому шарі (LPBF) є однією з провідних технологій адитивного виробництва металевих деталей складної геометрії, що дозволяє виготовляти як суцільні, так і конструкційно задані пористі конструкції із заданими характеристиками. Проте широке промислове застосування технології LPBF стримується наявністю дефектів – пористості, залишкових напружень, неповного розплавлення порошку та нерівномірності шарів. Ці дефекти суттєво впливають на механічні властивості, точність розмірів і корозійну стійкість готових виробів. Центральним елементом процесу є ванна розплаву, стабільність якої визначає формування мікроструктури, якість сплаву та поведінку багатошарових конструкцій. Проте дані про поведінку ванни розплаву залишаються суперечливими: результати експериментів і чисельного моделювання часто не збігаються, що ускладнює однозначну оцінку впливу технологічних параметрів. Відомо, що взаємодія таких факторів, як потужність лазера, швидкість сканування, розташування зразка на платформі, нахил променя та газовий потік, часто має нелінійний та складнопередбачуваний характер. Через це формування дефектів і морфологія треків можуть суттєво відрізнятися навіть при аналогічних параметрах процесу, що підкреслює високий рівень невизначеності та суперечливості даних. У статті узагальнено наявні дослідження, що аналізують формування одиничних треків та багатошарових структур, підкреслено невідповідності між експериментальними спостереженнями та чисельними моделями, а також виділено ключові фактори, які потребують подальшого вивчення. Таким чином, можна відзначити значний вплив численних параметрів лазерного плавлення, а також складність і багатофакторність процесу. Окрім впливу окремих параметрів, важливу роль відіграє їх взаємодія, яка досліджена значно менше через необхідність проведення масштабних експериментів із високою точністю. Отримані знання про взаємозв’язок нестабільності процесу з кутом нахилу лазерного променя та напрямком газових потоків у поєднанні з іншими параметрами допоможуть глибше зрозуміти причини змін характеристик металевих виробів. Аналіз проблем і перспектив дослідження одиничних та багатошарових треків у ваннах розплаву дозволяє поглибити розуміння процесів LPBF, сприяти визначенню оптимальних параметрів технології та підвищенню якості виробів, що у підсумку забезпечує більш точне налаштування процесу та ефективну оцінку властивостей порошкових сплавів.
Ключові слова: лазерне плавлення порошкових матеріалів, одиничні треки, ванна розплаву, замкова щілина, параметри процесу LPBF.
Посилання для цитування: Суперечливість впливу параметрів сканування на геометрію та розміри ванни розплаву під час процесу LPBF (огляд) / А. В. Аджамський, Т. В. Балаханова, О. Є. Барановська, Р. В. Подольський // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026. Вип. 40. С. 79-97. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-005
Перелік посилань
1. VOSviewer. (2025 April 15), Visualizing scientific landscapes. Centre for Science and Technology Studies, Leiden University. Retrieved, from https://www.vosviewer.com
2. Gephi. (Version 0.10.1) [Computer software]. (n.d.). Retrieved April 15, 2025, https://gephi.org/
3. Li, Y., Shi, Y., Lu, Y., Li, X., Zhou, J., Zadpoor, A. A., & Wang, L. (2023). Additive manufacturing of vascular stents. Acta Biomater, 167, 16-37. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2023.06.014
4. Gonnabattula, A., Thanumoorthy, R. S., Bontha, S., Balan, A.S., Anil Kumar, V., & Kanjarla, A. (2024). Process parameter optimization for laser directed energy deposition (LDED) of Ti6Al4V using single-track experiments with small laser spot size. Optics & Laser Technology, 175, 110-123. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.110861
5. Stopka, K., Desrosiers, A., Nicodemus, T., Krutz, N., Andreaco, A., & Sangid, M. (2023). Intentionally Seeding Pores in Additively Manufactured Alloy 718: Process Parameters, Microstructure, Defects, and Fatigue. Additive Manufacturing, 66, 34-39. https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103450
6. Zhang, J., Zong, X., Chen, Z., & Fu, H. A (2021). Numerical Simulation and Process Optimization of a Hastelloy X Alloy Single Track Produced by Selective Laser Melting. Transactions of the Indian Institute of Metals, 75, 101-111. https://doi.org/10.1007/s12666-021-02407-2
7. Jaramillo-Isaza, C., Higuera Cobos, O., Taborda Rios, J., Lopez-Botello, O., & Robledo, P. (2023). Correlation of Energy Density and Manufacturing Variables of AA6061 through Laser Powder Bed Fusion and Its Effect on the Densification Mechanism. Metals, 13, 1904. https://doi.org/10.3390/met13111904
8. Yadroitsev, I., Gusarov, A., Yadroitsava, I., & Smurov, I. (2010). Single track formation in selective laser melting of metal powders. Journal of Materials Processing Technology, 210, 1624-1631. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.05.010
9. Tat, K., Le, V. T., & Van, N. (2024). Prediction models and multi-objective optimization of the single deposited tracks in laser direct metal deposition of 316L stainless steel. Manufacturing Review, 11. https://doi.org/10.1051/mfreview/2024012
10. Yadroitsev, I., Yadroitsava, I., Du Plessis, A., & Macdonald, E. (2021). Fundamentals of Laser Powder Bed Fusion of Metals, 5, 654
11. Rangaswamy, S., Bourke, D., Monu, M. C., Healy, P., Gu, H., Ahad, I. U., & Brabazon, D. (2024). Investigating Melt Pool Dimensions in Laser Powder Bed Fusion of Nitinol: An Analytical Approach. Advanced Engineering Materials, 26, 24-31. https://doi.org/10.1002/adem.202401636
12. Bakhtari, A.R., Sezer, H. K., Canyurt, O. E., Eren, O., Shah, M., & Marimuthu, S. (2024). A Review on Laser Beam Shaping Application in Laser-Powder Bed Fusion. Advanced Engineering Materials, 26(14). https://doi.org/10.1002/adem.202302013
13. Yang, T., Liu, T., Liao, W., Macdonald, E., Wei, H., Zhang, C., Chen, X., &Z hang, K. (2020). Laser powder bed fusion of AlSi10Mg: Influence of energy intensities on spatter and porosity evolution, microstructure and mechanical properties. Journal of Alloys and Compounds, 849. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156300
14. Manikandan, P., Venkatesan, K. (2024). The influence of linear energy density on density, defect formation, residual stress, microstructure, and texture in 310 austenitic stainless steel by laser powder bed fusion. Journal of Manufacturing Processes, 131, 2191–2207. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.10.022
15. Paraschiv, A., Matache, G., Condruz, M. R., Frigioescu, T. F., & Pambaguian, L. (2022). Laser Powder Bed Fusion Process Parameters’ Optimization for Fabrication of Dense IN 625. Materials, 15(16), 5777. https://doi.org/10.3390/ma15165777
16. Caiazzo, F., Alfieri, V., & Casalino, G. (2020). On the Relevance of Volumetric Energy Density in the Investigation of Inconel 718 Laser Powder Bed Fusion. Materials, 3(3), 538. https://doi.org/10.3390/ma13030538
17. Gaikwad, A., Giera, B., Guss, G., Forien, J.-B., Matthews, M., & Rao, P. (2020). Heterogeneous sensing and scientific machine learning for quality assurance in laser powder bed fusion – A single-track study. Additive Manufacturing, 36. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101659
18. Yang, A., Zhao, Z., & Zhang, X. (2025). A bidirectional prediction framework for melt pool size and process parameters in LPBF. Engineering Research Express, 7. https://doi.org/10.1088/2631-8695/adb0a2
19. Khorasani, A., Gibson, I., Ghasemi, A., & Ghaderi, A. (2019). Modelling of Laser Powder Bed Fusion Process and Analysing the Effective Parameters on Surface Characteristics of Ti-6Al-4V. International Journal of Mechanical Sciences,168. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105299
20. Glaubitz, E., Fox, J., Kafka, O., & Gockel, J. (2025). Contour parameters, melt pool behavior, and surface roughness relationships across laser powder bed fusion platforms and metallic alloys. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 136, 4419–4437. https://doi.org/10.1007/s00170-025-15066-0
21. Fiegl, T., Franke, M., & Körner, C. (2019). Impact of build envelope on the properties of additive manufactured parts from AlSi10Mg. Optics & Laser Technology, 111, 51–57. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.08.050
22. Kleszczynski, S., Ladewig, A., Friedberger, K., Merhof D., & Witt, G. (2015). Position Dependency of Surface Roughness in Parts from Laser Beam Melting Systems. https://hdl.handle.net/2152/89333
23. Yang, X. H., Jiang, C. M., Ho, J. R., Tung, P. C., & Lin, C. K. (2021). Effects of Laser Spot Size on the Mechanical Properties of AISI 420 Stainless Steel Fabricated by Selective Laser Melting. Materials (Basel), 14(16), 4593. https://doi.org/10.3390/ma14164593
24. Metelkova, J., Kinds, Y., Kempen, K., de Formanoir, C., Witvrouw, A., & Hooreweder, B. (2018). On the influence of laser defocusing in Selective Laser Melting of 316L. Additive Manufacturing, 23. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.08.006
25. Bedmar, J., Riquelme, A., Rodrigo, P., Torres, B., & Rams J. (2021). Comparison of Different Additive Manufacturing Methods for 316L Stainless Steel. Materials, 14(21), 6504. https://doi.org/10.3390/ma14216504
26. Mo, Bin, Li, Tao, Deng, Linhui, Shi, Feifan, Liu, Weiwei, & Zhang, HongChao. (2024). Mechanisms and influencing factors of defect formations during laser-based directed energy deposition with coaxial powder feeding: a review. Virtual and Physical Prototyping, 19. https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2404155
27. Reijonen, Joni, Revuelta, Alejandro, Metsä-Kortelainen, Sini, & Salminen, Antti. (2024). Effect of laser focal point position on porosity and melt pool geometry in laser powder bed fusion additive manufacturing. Additive Manufacturing, 85. https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104180
28. Mazzarisi, Marco, Errico, Vito, Angelastro, Antonio, & Mazzarisi, Marco. (2022). Influence of standoff distance and laser defocusing distance on direct laser metal deposition of a nickel-based superalloy. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 120, 2407–2428. https://doi.org/10.1007/s00170-022-08945-3
29. Wang, S, Wang, L, Liu, J, Yang, R, Li, J, & Wang, G. (2023). Effects of laser energy density on morphology features and microstructures of the single molten track in selective laser melting. Frontiers in Materials, 10. https://doi.org/10.3389/fmats.2023.1110844
30. Godineau, Kevin, Lavernhe, Sylvain, & Tournier, Christophe. (2019). Influence of the opto-mechanical chain on the energy provided by the laser spot to the material in laser powder bed fusion processes. Additive Manufacturing, 27. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.102333
31. Brandau, B. (2022). Spectral analysis in laser powder bed fusion (Licentiate thesis). Luleå University of Technology. Available. https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1656943/FULLTEXT01.pdf
32. Sendino, S., Gardon, M., Lartategui, F., Martinez, S., & Lamikiz, A. (2020). The Effect of the Laser Incidence Angle in the Surface of LPBF Processed Parts. Coatings, 10(11), 1024. https://doi.org/10.3390/coatings10111024
33. Alphonso, W. E., Bayat, M., Rothfelder, R., Schmidt, M., & Hattel, J. H. (2024). A Systematic Investigation of Laser Beam Shape Variation on the Thermal and Melt Pool Dynamics in Laser Powder Bed Fusion of 316L Stainless Steel. Abstract from 26th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics, Daegu, Republic of Korea
34. Berez, J., Dushaj, E., Jost, E., Saldaña, C., & Fu, K. (2024). Measurement of focal plane error in laser powder bed fusion machines. Additive Manufacturing Letters, 9. https://doi.org/10.1016/j.addlet.2024.100196
35. Lee, J., Lee, M., Jung, I. D., Choe, J., Yu, J. H., Kim, S., & Sung, H. (2020). Correlation Between Microstructure and Tensile Properties of STS 316L and Inconel 718 Fabricated by Selective Laser Melting (SLM). Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 20(11), 6807–6814
36. Adyamskyi, S., Kononenko, G., Podolskyi, R., & Badyuk, S. (2022). Vprovadzhennia tekhnolohii selektyvnoho lazernoho plavlennia v Ukraini. [Implementation of Selective Laser Melting Technology in Ukraine]. Naukova Dumka.
37. Mussatto, A., Groarke, R., Vijayaraghavan, R. K., Hughes, C., Obeidi, M. A., Doğu, M. N., Yalçın, M. A., McNally, P. J., Delaure, Y. M., & Brabazon, D. (2022). Assessing dependency of part properties on the printing location in laser-powder bed fusion metal additive manufacturing. Materials Today Communications. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.103209
38. Kozhuthala Veetil, J., Khorasani, A., Ghasemi, A., Rolfe, B., Vrooijink, I., van Beurden, K., Moes, S., & Gibson, I. (2020). Build position-based dimensional deviations of laser powder-bed fusion of stainless steel 316L. Precision Engineering, 67, 58–68. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2020.09.024
39. Karimi, P., Sadeghi, E., Ålgårdh, J., Harlin, P., & Andersson, J. (2020). Effect of build location on microstructural characteristics and corrosion behavior of EB-PBF built Alloy 718. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 106, 3597–3607. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04859-9
40. Costes, M., Arnaud, L., Lefebvre, P., & Mandou, Q. (2024). Experimental study of laser powder bed fusion (LPBF) gas shield inlet optimization and its effects on part quality. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 133, 1-20. https://doi.org/10.1007/s00170-024-14035-3
41. Oliveira, A., Castro, H., Santos, S., Jardini, A., & Del Conte, E. (2023). Effects of spatter deposition and build location in laser powder bed fusion of maraging steel parts. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 129. https://doi.org/10.1007/s00170-023-12445-3
42. Biswas, P., & Ma, J. (2022). Spatial pore distribution: an approach to uncouple the strength–porosity trade-offs. J Mater Sci, 57, 411–421. https://doi.org/10.1007/s10853-021-06587-6
43. Soltani-Tehrani, A., Isaac, J. P., Tippur, H. V., Silva, D. F., Shao, S., & Shamsaei, N. (2023). Ti-6Al-4V powder reuse in laser powder bed fusion (LPBF): The effect on porosity, microstructure, and mechanical behavior. International Journal of Fatigue, 167, Part B. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107343
44. Reijonen, J., Revuelta, A., Riipinen, T., Ruusuvuori, K., & Puukko, P. (2020). On the effect of shielding gas flow on porosity and melt pool geometry in laser powder bed fusion additive manufacturing. Additive Manufacturing, 32. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.101030
45. Anwar, A., & Pham, Q. C. (2016). Selective laser melting of AlSi10Mg: Effects of scan direction, part placement and inert gas flow velocity on tensile strength. Journal of Materials Processing Technology, 240. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.10.015
46. Steve, B. (2017). A study into the effects of gas flow inlet design in a Renishaw AM250 laser powder bed fusion machine using computational modelling
47. Weaver, J. S., Deisenroth, D., & Mekhontsev, S. (2024). Cross-sectional melt pool geometry of laser scanned tracks and pads on nickel alloy 718 for the 2022 additive manufacturing benchmark challenges. Integr. Mater Manu.f Innov., 13, 363-379. https://doi.org/10.1007/s40192-024-00355-5
48. Krasniqi, M., & Löffler, F. (2023). Dimensional accuracy of additively manufactured AlSi10Mg parts: Study of the influence of build platform position, process parameters and repeatability. Joint Special Interest Group meeting between euspen and ASPE Advancing Precision in Additive Manufacturing KU Leuven, Belgium, September 2023
49. Yildiz, R. A., Popa, A.-A., & Malekan, M. (2024). On the effect of small laser spot size on the mechanical behaviour of 316L stainless steel fabricated by LPBF additive manufacturing. Materials Today Communications, 38. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108168
Рукопис надійшов до редакції / Received 01.03.2026
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026
