Źródła ciepła w porównaniu do symulacji druku 3D metodą Fusion proszku laserowego

"Fizyczne zjawiska związane z puli stopu są bardzo skomplikowane, głównie kontrolowane przez masę i przenoszenie ciepła" - wyjaśniają naukowcy. "Tempo nagrzewania i chłodzenia jest bardzo wysokie ze względu na szybko poruszające się promieniowanie laserowe na cząstkach proszku. Ponadto dynamiczne tworzenie się roztopionego materiału pod spodem proszku, dynamika zmiany fazy od cieczy do pary i plazmy oraz cząstki proszku pobierane przez strumień metalu o wysokiej prędkości i efekty kapilarne występują w puli stopowej. W związku z tym zbudowano precyzyjne modele numeryczne, które zawierały kilka szczegółów, takich jak śledzenie laserowe w losowo rozmieszczonych cząsteczkach i termiczna dynamika płynów, aby symulować kilka złożonych zachowań w stanie stopionym. Koszt obliczeniowy takich symulacji jest jednak bardzo wysoki. "

Dlatego badacze proponują skuteczne modele symulacyjne z pewnymi przybliżeniami i założeniami, aby przewidzieć wymiary puli wytopów w celu skrócenia czasu obliczeń. < / p>

Eksperymenty przeprowadzono na maszynie EOS M 290. Opracowano model trójwymiarowego przeniesienia ciepła dla fuzji laserowej ze spierzchniętą warstwą proszku, aby dokładnie przewidzieć wymiary i cechy powierzchni topnika.

"W oparciu o przegląd piśmiennictwa osiem modeli źródeł ciepła jest używanych do numerycznego modelowania LPBF i może być sklasyfikowany jako 1) grupa zmodyfikowana geometrycznie (GMG); oraz 2) grupę profili absorpcji (APG) ", stwierdzają naukowcy. "Przeprowadzono eksperymenty potwierdzające wyniki symulacji. Wszystkie osiem modeli źródeł ciepła prowadzi do ponad 40% płytszych basenów stopowych w porównaniu z eksperymentami. "

Aby poprawić wydajność modelu, zaproponowano model matematyczny o zróżnicowanej anizotropowo przewodności cieplnej i zróżnicowanej chłonności i zastosowano go do symulacja wymiany ciepła z rozkładającym się wykładniczo źródłem ciepła.

Naukowcy doszli do dwóch głównych wniosków:

"Wyrażenia o zróżnicowanym anizotropowym przewodnictwie cieplnym i zróżnicowanej chłonności były liniowymi równaniami algebraicznymi, "Oni twierdzą. "Uzyskano dobrą zgodność między symulacją a wynikami eksperymentalnymi. Uśredniony błąd szerokości i głębokości puli topienia wynosi odpowiednio 2,9% i 7,3%.

"Proponowany model wymiany ciepła został dodatkowo zweryfikowany przez cechy powierzchni, stabilność toru i kąt tętnienia. Aby uzyskać stabilność toru, przewidywane wyniki są w dobrej zgodności z wynikami eksperymentu. Ponadtosymulowane kąty tętnień mieszczą się w zakresie wyników eksperymentalnych. "

Doszli również do wniosku, że wyrażenia źródła ciepła mogą być liniowe, a wyniki symulacji lepiej zgadzają się z wymiarami doświadczalnej puli melty i morfologią powierzchni ścieżki

Autorami artykułu są Zhidong Zhang, Yuze Huang, Adhitan Rani Kasinathan, Shahriar Imani Shahabad, Usman Ali, Yahya Mahmoodkhani i Ehsan Toyserkani.