TU Delft Badacze opracowują procedurę wykrywania akumulacji ciepła dla drukowania 3D SLM

Selektywne topienie laserowe (SLM), technika druku 3D oparta na proszku, znana również jako topienie laserowe lub laserowa mieszanka proszkowa, została wykorzystana do obróbki metalu w różnych sektorach, takich jak motoryzacja, medycyna i lotnictwo. Ponieważ ta metoda AM zapewnia doskonałą swobodę formy, jest to idealna technologia umożliwiająca projektowanie zoptymalizowanych topologii; oznacza to, że mają złożony układ, ale wciąż oferują lepszą wydajność. Jednak drukarki 3D SLM nie zawsze zdają sobie sprawy z dokładności wymiarów, które są niezbędne dla bardzo precyzyjnych komponentów.

Z powodu wywołanego laserem ciepła, warstwy drukowane SLM 3D przechodzą etapy szybkiego nagrzewania i chłodzenia, co może powodować niedokładności, takie jak niepożądane właściwości mechaniczne i słabe wykończenie powierzchni. Jeśli pewne cechy konstrukcyjne, takie jak cienkie odcinki i nawisy, mogą spowodować lokalne nagromadzenie ciepła, mogą zostać wykryte na wcześniejszym etapie projektowania, można łatwiej uniknąć tej kwestii. Aby to zrobić, należy opracować metody optymalizacji topologii następnej generacji.

Grupa badaczy z TU Delft opublikowała niedawno dokument zatytułowany "W kierunku projektowania precyzyjnej produkcji dodatków: uproszczone podejście do wykrywania". Akumulacja ciepła "koncentrowała się na uproszczonej procedurze wykrywania akumulacji ciepła - bardzo ważnej dla stworzenia schematu TO, który może uwzględniać aspekty termicznego drukowania 3D.

" Aby uwzględnić termiczne aspekty AM w ramach TO, wymagany jest odpowiedni model procesu AM. Staje się to problematyczne, ponieważ model procesowy AM o wysokiej wierności jest bardzo kosztowny pod względem obliczeniowym, a integracja go z ramką TO opartą na gradiencie staje się jeszcze bardziej uciążliwa "- wyjaśniają naukowcy w artykule. "Dlatego w ramach tych badań zaproponowano podejście oparte na fizyce i wysoce uproszczone, w celu identyfikacji stref akumulacji ciepła w danym projekcie. Zysk obliczeniowy oferowany przez uproszczenie, umożliwia zintegrowanie schematu wykrywania akumulacji ciepła w ramach struktury TO. "

Oprócz użycia w procesie TO, nowa procedura zespołu może być również wykorzystana do niezależnie analizować projekty druku 3D, ręczne ulepszanie projektu, a nawet określić najlepszą orientację konstrukcyjną.

Dwie uproszczone w tym badaniu mogą pomóc obniżyć koszty obliczeniowe związane z analizą termiczną projektów drukowalnych 3D . Pierwszy "motywowany faktem, że lokalna geometria tylko kilkuwcześniej stopione warstwy "mogą znacząco wpływać na początkową szybkość chłodzenia nowej warstwy, to przeprowadzanie analizy termicznej w pobliżu deponowanej warstwy drukowanej 3D.

Drugi to użycie stanu stałego, a nie nieustalonego odpowiedź termiczna do przewidywania akumulacji ciepła.

"W tym celu opracowuje się koncepcyjne poglądy oparte na fizyce, które umożliwiają oszacowanie przestrzennie uśrednionych przejściowych zachowań termicznych lokalnej geometrii, po prostu ze stanu równowagi", napisali naukowcy .

Topologia struktury może wpływać na jej wewnętrzny przepływ ciepła; w związku z tym różne cechy geometryczne w projekcie AM mogą w różny sposób utrudniać lub ułatwiać przepływ ciepła podczas procesu drukowania 3D.

Naukowcy wyjaśnili: "W tej pracy badamy możliwość przybliżenia ilościowego, a zatem porównania, różne geometrie z punktu widzenia akumulacji ciepła. W tym celu badane są najpierw pojęcia przewodności cieplnej i stałych czasowych. "

Konduktywność cieplna, równoważna odwrotności oporu cieplnego, jest miarą struktury przewodzenia ciepła, a stała czasowa przemijającego Reakcja termiczna jest badana w celu ilościowego określenia szybkości ogrzewania / chłodzenia. Zespół podzielił również projekt w swoim eksperymencie na zachodzące na siebie komórki, aby zwiększyć możliwość wykrywania stref akumulacji ciepła.

Wysokie stałe czasowe rejestrowano w pobliżu powierzchni wystających części, a więc badacze odkryli, że ciepło akumulacja dla cech projektowych zależy w dużym stopniu od pobliskiej geometrii lokalnej, a "czysto geometryczne wytyczne projektowe dotyczące przepisywania wartości zwisu ograniczającego mogą stać się niewystarczające do zapobiegania problemom związanym z lokalną akumulacją ciepła."

"Zaleta obliczeniowa zaproponowana przez nas metoda umożliwia rozwój opartej na fizyce metody optymalizacji topologii, która byłaby korzystna przy projektowaniu precyzyjnych komponentów AM "- podsumowali naukowcy. "Następnym krokiem w tym badaniu jest połączenie opracowanej metody z optymalizacją topologii opartej na gęstości poprzez penalizowanie cech konstrukcyjnych, które są podatne na akumulację ciepła podczas każdej iteracji."