Математическое моделирование процессов плавления порошка в технологии селективного лазерного сплавления
Автор: Богданович Валерий Иосифович, Гиорбелидзе Михаил Георгиевич, Сотов Антон Владимирович, Проничев Николай Дмитриевич, Смелов Виталий Геннадиевич, Агаповичев Антон Васильевич
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 4-1 т.19, 2017 года.
Бесплатный доступ
В статье приведены результаты разработки математической модели процесса оценки термического состояния шаровых частиц порошковой композиции обрабатываемых на одном режиме в технологии селективного лазерного сплавления. Модель учитывает: особенности передачи энергии лазерного излучения частицам при их размерах меньших, но сравнимых с размером диаметра пятна излучения; передачу энергии через верхнюю половину шара с зависимостью коэффициента поглощения излучения от угла его падения; плавление материала в диапазоне температур солидуса и ликвидуса; возможность испарения материала поверхности; зависимость теплофизических параметров материала от температуры. Модель адаптирована к виду применимому для реализации в стандартном конечно-элементном программном продукте ANSYS Transient Thermal, на котором проведено численное моделирование процесса. Установлено, что величина диапазона размеров частиц, используемой фракции порошковой композиции, определяет возможность выбора и назначения режима лазерной обработки для обеспечения высокого качества материала после сплавления.
Аддитивные технологии, селективное лазерное сплавление, математическая модель, термическое состояние порошковых частиц, численное моделирование, плавление, испарение, диапазон фракции порошка, режим лазерной обработки
Короткий адрес: https://sciup.org/148205269
IDR: 148205269
Список литературы Математическое моделирование процессов плавления порошка в технологии селективного лазерного сплавления
- Компьютерное моделирование процессов переноса и деформаций в сплошных средах: Учебное пособие//В.Е. Анкудинов, Д.Д. Афлятунова, М.Д. Кривилев, Г.А. Гордеев. Ижевск: Удмуртский университет, 2014. 108 с.
- Калиткин Н.Н. Численные методы: Учебное пособие. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 586 с.
- Колдоба А.В., Повещенко Ю.А., Попов М.В. Математическое моделирование лазерного спекания двухкомпонентных порошковых смесей//Электронный журнал Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2009. № 38. URL: http: library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2009-38 (дата обращения 05.05.2017).
- Управление лазерным спеканием металлических порошковых смесей/М.Д. Кривилев, Е.В. Харанжевский, Г.А. Гордеев, В.Е. Анкудинов//М.: ИПУ РАН, 2010. С. 299-322.
- Харанжевский Е.В., Кривилев М.Д. Физика лазеров, лазерные технологии и методы математического моделирования лазерного воздействия на вещество. Ижевск: Удмуртский университет, 2011. 188 с.
- Шишковский И.В. Селективное лазерное спекание и синтез функциональных структур: дис.. доктор. физ-мат. наук. Самара, 2005. 390 c.
- Шишковский И.В. Основы аддитивных технологий высокого разрешения. СПб.: Изд-во Питер, 2015. 348 с.
- Influence of scan strategy and process parameters on microstructure and its optimization in additively manufactured nickel alloy 625 via laser powder bed fusion/Y.M. Arisoy, L.E. Criales, T. Özel, B. Lane, S. Moylan, A. Donmez//Int. J. Adv. Manuf. Technology. 2017. № 90. P. 1393-1417.
- Boley C.D., Khairallah S.A., Rubenchik A.M. Calculation of laser absorption by metal powders in additive manufacturing//Applied Optics. 2015. V. 54. P. 2477-2482.
- Селективное лазерное плавление жаропрочного никелевого сплава/В.Ш. Суфияров, А.А. Попович, Е.В. Борисов, И.А. Полозов//Цветные металлы. 2015. № 1. С. 79-84.
- Gong H. Generation and detection of defects in metallic parts fabricated by selective laser melting and electron beam melting and their effects on mechanical properties: Phd dissertation. University of Louisville, 2013. 196 p.
- Grasso M., Colosimo B.M. Process defects and in situ monitoring methods in metal powder bed fusion: a review//Measurement Science and Technology. 2017. V. 28. P. 1-25.
- Смелов В.Г., Сотов А.В., Агаповичев А.В. Исследование структуры и механических свойств изделий, полученных методом селективного лазерного сплавления из порошка стали 316L//Черные металлы. 2016. № 9. С. 61-65.
- Microstructure and inclusion of Ti-6Al-4V fabricated by selective laser melting/Q. Huang, N. Hu, X. Yang, R. Zhang, Q. Feng//Frontiers Mater. Sci. 2016. V. 10(4). P. 428-431.
- Knol M.F. Thermal modelling of selective laser melting: Phd Thesis. Delft University of Technology, 2016. 79 p.
- Functionally graded Inconel 718 processed by additive manufacturing: Crystallographic texture, anisotropy of microstructure and mechanical properties/V.A. Popovich, E.V. Borisov, A.A. Popovich, V.Sh. Sufiiarov, D.V. Masaylo, L. Alzina//Materials & Design. 2017. V. 114. P. 441-449.
- Zeng K. Optimization of support structures for selective laser melting: Phd dissertation. Louisville, 2015. 201 p.
- Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УРСС, 2003. 784 с.
- Карташев Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел: Учебное пособие. М.: Высш. шк., 2001. 550 с.
- Бочвар А.А. Металловедение. М.: Металлургиздат, 1956. 450 с.
- Горбачев И.В. О ходе кристаллизации твердых растворов//Тр. Дальневосточного политехнического института им. В.В. Куйбышева. 1941. Вып. 6. С. 5-29.
- Ковалев О.Б., Фомин В.М. Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов. М.: Физматлит, 2013. 256 с.
- Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
