随形冷却模具打印件粉末回收比例对水路粗糙度与冷却效率的耦合影响

## 一、回收粉掺混比例对水路内壁粘粉形貌的作用机制 激光粉末床熔融（LPBF）打印随形冷却模具时，未熔粉末的回收掺混比例直接影响粉末床的球形度、卫星粉含量与氧增量。当回收粉掺比超过约30%时，卫星粉与不规则颗粒比例上升，铺粉层表观密度下降，熔池边缘易出现未完全熔合的粘粉颗粒。这些颗粒附着在水路内壁形成微凸体，使随形水路粗糙度Ra由新粉打印的6~9 μm升至12~18 μm。粘粉层不仅增大流阻，还在凸起根部形成缝隙腐蚀微环境，是随形水路长期运行流量衰减的隐性诱因。 ## 二、粗糙度—换热系数—压降的耦合量化关系 随形水路内壁粗糙度对冷却性能存在双向作用：一方面粗糙表面破坏层流边界层、强化对流换热，换热系数可提升8%~15%；另一方面流阻按Darcy-Weisbach关系随相对粗糙度上升而增大，压降升高导致单位流量泵功增加。在模具冷却系统总压头受限的条件下，压降升高会迫使流量下降，反而削弱换热。工程上应以“单位泵功换热增益”作为评价指标：当回收粉掺比使Ra超过约15 μm时，压降增幅超过换热增益，综合冷却效率转降。建议将回收粉掺比控制在20%~30%，并对水路内壁辅以磨粒流或化学抛光，将Ra收敛至10 μm以内。 ## 三、回收粉掺比与后处理工艺的匹配判据 回收粉掺比确定后，后处理工艺需同步匹配。对于掺比20%以下的水路，磨粒流抛光即可满足Ra≤10 μm；掺比20%~30%时，粘粉层较厚且结合较牢，宜采用先化学抛光软化粘粉根部、再磨粒流整形的两步法；掺比超过30%时，不建议用于高换热要求的水路，可转用于非关键随形流道。此外，回收粉氧增量应控制在0.03%以内，打印后需对水路进行CT检测，确认无未熔颗粒桥接造成的局部缩颈。将粉末管理、打印参数与后处理纳入同一工艺窗口，才能保证随形冷却模具的冷却效率与长期运行稳定性。