Моделирование теплопроводности порошковой среды применительно к задаче селективного лазерного плавления

Скорость и стоимость внедрения в производство новой техники напрямую зависят от эффективности работы каждой технологической цепочки на всех этапах от конструирования и проектирования изделия до создания его первоначального макета в натуральную величину. Резко ускорить прохождение этих этапов помогают высокотехнологичные методы 3-мерного компьютерного моделирования и создания твердых копий деталей машин. В настоящее время во всем мире проводятся интенсивные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы не только по созданию новых, но и по совершенствованию развитых ранее технологических методик и систем послойного лазерного синтеза объемных изделий (ЛСОИ) деталей машин. Методы селективного лазерного спекания (СЛС), плавления (СЛП) и трехмерной лазерной наплавки (DMD) являются одним из наиболее перспективных способов реализации технологии быстрого прототипирования. Поэтому изучение данной темы на данный момент является актуальным. В настоящее время в ряде отраслей промышленности имеются большие тепловые потоки от одной поверхности к другой, вследствие чего даже незначительные контактные сопротивления вызывают местные перегревы, что часто крайне нежелательно. В работе была изучена эффективная теплопроводность зернистых систем, которая рассматривалась как функция пористости, теплопроводности газа, заполняющего поры материала, теплопроводности газового микрозазора, теплопроводности самих частиц и контактной теплопроводности на стыке частиц. Для теоретических исследований процессов селективного лазерного спекания необходимым является разработка методов описания эффективных коэффициентов теплопроводности (ЭКТ) порошковой среды, которые учитывают, что при нагреве может происходить частичное или полное плавление материала сфер, приводящее к изменению структуры среды. Отсюда следует важное требование к моделям ЭКТ: структурная модель в пределе полного плавления материала твердых частиц должна давать значение эффективной теплопроводности, которое сшивается с эффективной теплопроводностью, даваемой бесструктурной моделью. Для случая полного плавления частиц предлагается метод расчета эффективной теплопроводности расплава с газовыми включениями, который описан в работе.