I. INLEDNING
LB-PBF-processen är en pulverbäddsbaserad 3D-utskriftsteknik av metall. Under utskriftsprocessen bestrålas en laserstråle på en bädd av metallpulver, vilket gör att pulvret smälter och smälter samman till en fördesignad delform. Jämfört med andra 3D-utskriftsteknologier har LB-PBF-processen fördelarna med högt materialutnyttjande och hög utskriftshastighet, men den står också inför utmaningar som beteendekontroll av smältbassänger, termisk spänningsfördelning och mikrostrukturutveckling. Som en vanlig gjuten aluminiumlegering har AlSi10Mg utmärkta fysiska och mekaniska egenskaper, vilket är lämpligt för tillverkning av delar med tunna väggar och komplexa geometriska mönster. LB-PBF-processen används för att 3D-printa den tunnväggiga AlSi10Mg-strukturen, vilket kan ge full spel åt fördelarna med detta material och förbättra prestandan och tillverkningseffektiviteten för delen.
2. Numeriska simuleringsmetoder
I detta dokument används numerisk simuleringsmetod för att studera prestandan för 3D-utskrift av AlSi10Mg tunnväggiga strukturer genom LB-PBF-process. En matematisk modell upprättades för att numeriskt simulera processen för bildning av smält pool, flöde av smält metall och värmeledning involverade i tryckprocessen. Den finita elementmetoden användes för att lösa modellen, och materialens fysikaliska parametrar, termofysiska parametrar och laserbestrålningsparametrar övervägdes. Genom numerisk simulering kan formen på smältbassängen, temperaturfältsfördelningen och geometrin och dimensionsnoggrannheten hos den tunnväggiga strukturen erhållas vid varje ögonblick i tryckprocessen.
3. Numeriska simuleringsresultat och analys
Genom numerisk simulering erhålls följande resultat:
(1) Bildande av smältbassäng: Under laserbestrålning smälter metallpulvret snabbt och bildar en smält pool. När laserskanningshastigheten ökar minskar smältbassängens storlek och temperatur. Detta beror främst på minskningen av mängden laserenergi som bestrålas till pulvret per tidsenhet när skanningshastigheten ökar, vilket resulterar i en minskning av smältbassängens temperatur.
(2) Smält metallflöde: Under inverkan av en laser skapar den smälta metallen ett flöde som får den flytande metallen i den smälta poolen att röra sig i laserskanningens riktning. Ju snabbare skanningen, desto intensivare strömmar metallen. Detta beror främst på den ökade tröghetskraften på den flytande metallen i den smälta poolen när skanningshastigheten ökar, vilket resulterar i ökat metallflöde.
(3) Värmeledning: Värmeledning är en viktig fysisk process under tryckprocessen. Genom värmeledning sprids värme från den smälta poolen till omgivningen, vilket resulterar i en ökning av temperaturen i det omgivande området. De numeriska simuleringsresultaten visar att effekten av värmeledning försvagas med ökningen av avsökningshastigheten. Detta beror främst på att när skanningshastigheten ökar accelererar värmeförlusten i smältbassängen, vilket resulterar i en försvagad värmeledning.
(4) Prestanda för tunnväggiga strukturer: Geometrin och dimensionsnoggrannheten för tunnväggiga strukturer vid olika skanningshastigheter erhålls genom numerisk simulering. Resultaten visar att med ökningen av avsökningshastigheten ökar dimensionsfelet hos den tunnväggiga strukturen, medan formfelet minskar. Detta beror främst på det ökade flödet av flytande metall i den smälta poolen när skanningshastigheten ökar, vilket resulterar i att formen på den tunnväggiga strukturen ligger närmare den förinställda formen.
4. Sammanfattningar
I denna artikel studerades den numeriska simuleringen av 3D-utskrift av AlSi10Mg tunnväggiga strukturer genom LB-PBF-processen. Genom att upprätta en matematisk modell, numeriskt simulera bildningen av smältbassäng, smält metallflöde, värmeledning och andra processer som är involverade i tryckprocessen, och analysera påverkan av tryckparametrar på prestandan hos tunnväggiga strukturer, visar resultaten att skanningen hastighet har en inverkan på bildandet av smälta pooler, smält metallflöde, smält metallflöde, Värmeledning och tunnväggiga strukturprestanda har en viktig inverkan, i praktiska tillämpningar kan tryckprocessen optimeras och prestandan hos tunnväggiga strukturer kan förbättras genom att justera skanningshastigheten och andra parametrar, och denna forskning ger en teoretisk grund och teknisk vägledning för att ytterligare optimera 3D-utskrift av AlSi10Mg tunnväggiga strukturer genom LB-PBF-process
