適応グリッド法に基づく選択的レーザー溶融プロセスにおける温度場効果の解析

適応グリッド法に基づく選択的レーザー溶融プロセスにおける温度場効果の解析
寄稿者: 趙一珍、張航

選択的レーザー溶融 (SLM) は、有望な付加製造技術です。しかし、SLM プロセスを真に理解するには、金属粉末、熱伝達、温度場形成の関係を理解する必要があります。華中科技大学のDuan Wei氏らは、TC4粉末中空シリンダーのSLMプロセス中の温度場分布をシミュレートしました。形状部品はアダプティブメッシュ技術に基づいて構築され、時間の経過に伴う温度変化が分析されます。

本研究では、SLM プロセスにおける温度場の改良シミュレーション モデルが採用されました。粉末から高密度へのサブモデルと移動体積ガウス分布熱源サブモデルが含まれます。同時に、計算​​効率を向上させるために、シミュレーションプロセス中に、重要な領域のメッシュを再構築してシミュレーションの精度を確保し、重要でない領域のメッシュを粗くしてデータの保存と出力を削減します。したがって、シミュレーションでは、適応メッシュ戦略として完全スレッド ツリー手法が使用されます。特定のエリアのリアルタイム温度に応じてメッシュが細分化または粗くされます。温度が設定値より高い場合は、図 1(a) に示すように、特定の領域のメッシュが細分化され、それ以外の場合は粗くなります。図1(b)(c)はシミュレーション結果におけるバレルの内円と外円の分布を示しています。シミュレーション結果によると、円筒形部品の SLM プロセス中、内側の粉末ベッドの温度は外側の粉末ベッドの温度よりも大幅に高くなります。


図 1: (a) 適応メッシュの細分化と粗大化 (b) 粉末ベッド SLM プロセス中のメッシュの充填と粗大化 (c) 粉末ベッド表面の温度測定点 SLM プロセス中のさまざまな時点での溶融プールのシミュレーション結果を図 2 に示します。溶融池の基本的な形態は図2(a)(b)から明確に確認でき、溶融池の直径は約60um、深さは30umです。さらに、溶融池には温度の非対称性があります。図2(c)からわかるように、バレルの内壁に近い溶融池温度場の各深さの温度点は、外側に近い温度点よりも一般的に200度高くなっています。これは中空バレル内部の断熱効果によるものです。


図2: (a) 粉末層を除去するSLMプロセス中のメッシュの充填と粗大化 (b) 溶融プールの温度場 (c) 溶融プールの深さ方向の点温度測定 この研究では、FTTアダプティブメッシュ技術をSLM温度場シミュレーションに適用しています。 SLM プロセス中のメッシュの細分化、粗大化、および溶融プールが調査されました。この方法は計算効率と精度を大幅に向上させ、複雑なコンポーネントの SLM プロセスにおける温度場シミュレーションの問題に新たな解決策を提供します。

参考文献:
Duan W、Yin YJ、Zhou JX。完全にねじ込まれたツリーに基づく選択的レーザー溶融プロセス中の温度場シミュレーション[J]。China Foundry、2017、14(5):405-411。

寄稿者: 趙一珍、張航 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

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