基于激光的金属增材制造的快速通量模拟,以研究加工参数对机械性能的影响
Cameron McElfresh1,2, Y Morris Wang2, Jaime Marian2,3
1HRL Laboratories, Malibu, CA, 90265, USA.
Heliyon
|January 3, 2024
概括
一个新的数值模型模拟了激光粉床融合增材制造 (LPBF-AM) 以预测材料性能. 这种方法有效地将处理参数与微观结构和机械结果联系起来,降低实验成本.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 计算建模 计算建模
背景情况:
- 激光粉床融合增材制造 (LPBF-AM) 对先进的金属组件至关重要.
- 在LPBF-AM的广泛的参数空间复杂的理解微观结构和机械属性控制.
- 实验性灵敏性研究是耗时的,并且取决于打印机.
研究的目的:
- 开发一种快速通量数值方法来模拟LPBF-AM过程.
- 直接将处理变量与微观结构和机械性质结果联系起来.
- 为了减少与实验LPBF-AM研究相关的成本和时间.
主要方法:
- 一个模拟动态固化和谷物生长的细胞自动机模型.
- 一个多晶可塑性模型,捕捉了谷物边界的强化和应力-应变行为.
- 处理参数 (激光功率,扫描速度等) 的整合. 具有物质性质预测.
主要成果:
- 数值方法成功地将LPBF-AM处理参数与微观结构和机械性能联系起来.
- 确定了激光功率和扫描速度作为影响纯钢和316L钢颗粒大小的关键因素.
- 该模型提供了反映模拟微观结构的应力-应变曲线.
结论:
- 开发的数值方法为LPBF-AM的实验灵敏度研究提供了一个有效的替代方案.
- 这种方法可以通过将处理变量与结果联系起来,更好地理解和控制材料特性.
- 这些发现突出了特定加工参数对谷物结构和机械性能的重大影响.
