I. Introducción
El proceso LB-PBF es una tecnología de impresión 3D de metal basada en lecho de polvo. Durante el proceso de impresión, se irradia un rayo láser sobre un lecho de polvo metálico, lo que hace que el polvo se derrita y se fusione en una forma de pieza prediseñadas. En comparación con otras tecnologías de impresión 3D, el proceso LB-PBF tiene las ventajas de una alta utilización de material y una alta velocidad de impresión, pero también enfrenta desafíos como el control del comportamiento del baño de fusión, la distribución de la tensión térmica y la evolución de la microestructura. Como aleación de aluminio fundido de uso común, AlSi10Mg tiene excelentes propiedades físicas y mecánicas, lo que es adecuado para fabricar piezas con paredes delgadas y diseños geométricos complejos. El proceso LB-PBF se utiliza para imprimir en 3D la estructura de paredes delgadas de AlSi10Mg, lo que puede aprovechar al máximo las ventajas de este material y mejorar el rendimiento y la eficiencia de fabricación de la pieza.
2. Métodos de simulación numérica.
En este artículo, se utiliza el método de simulación numérica para estudiar el rendimiento de la impresión 3D de estructuras de paredes delgadas de AlSi10Mg mediante el proceso LB-PBF. Se estableció un modelo matemático para simular numéricamente el proceso de formación de charcos fundidos, flujo de metal fundido y conducción de calor involucrados en el proceso de impresión. Para resolver el modelo se utilizó el método de elementos finitos y se consideraron los parámetros físicos, parámetros termofísicos y parámetros de irradiación láser de los materiales. Mediante simulación numérica, se puede obtener la forma del baño de fusión, la distribución del campo de temperatura y la geometría y precisión dimensional de la estructura de paredes delgadas en cada momento del proceso de impresión.
3. Resultados y análisis de la simulación numérica.
Mediante simulación numérica se obtienen los siguientes resultados:
(1) Formación de un charco de fusión: bajo irradiación láser, el polvo metálico se funde rápidamente, formando un charco fundido. A medida que aumenta la velocidad del escaneo láser, el tamaño y la temperatura del baño de fusión disminuyen. Esto se debe principalmente a la disminución en la cantidad de energía láser irradiada al polvo por unidad de tiempo a medida que aumenta la velocidad de escaneo, lo que resulta en una disminución en la temperatura del baño de fusión.
(2) Flujo de metal fundido: bajo la acción de un láser, el metal fundido crea un flujo que hace que el metal líquido en el charco fundido se mueva en la dirección del escaneo láser. Cuanto más rápido es el escaneo, más intenso fluye el metal. Esto se debe principalmente al aumento de la fuerza de inercia sobre el metal líquido en el baño fundido a medida que aumenta la velocidad de escaneo, lo que resulta en un mayor flujo de metal.
(3) Conducción de calor: la conducción de calor es un proceso físico importante durante el proceso de impresión. A través de la conducción de calor, el calor se propaga desde el baño fundido a los alrededores, lo que resulta en un aumento de la temperatura del área circundante. Los resultados de la simulación numérica muestran que el efecto de la conducción de calor se debilita con el aumento de la velocidad de escaneo. Esto se debe principalmente al hecho de que a medida que aumenta la velocidad de exploración, se acelera la pérdida de calor en el baño de fusión, lo que da como resultado una conducción de calor debilitada.
(4) Rendimiento de estructuras de paredes delgadas: la geometría y la precisión dimensional de estructuras de paredes delgadas a diferentes velocidades de escaneo se obtienen mediante simulación numérica. Los resultados muestran que con el aumento de la velocidad de escaneo, el error dimensional de la estructura de paredes delgadas aumenta, mientras que el error de forma disminuye. Esto se debe principalmente al aumento del flujo de metal líquido en el baño fundido a medida que aumenta la velocidad de escaneo, lo que da como resultado que la forma de la estructura de paredes delgadas se acerque más a la forma preestablecida.
4. Conclusiones
En este artículo se estudió la simulación numérica de la impresión 3D de estructuras de paredes delgadas de AlSi10Mg mediante el proceso LB-PBF. Al establecer un modelo matemático, simular numéricamente la formación de charcos fundidos, el flujo de metal fundido, la conducción de calor y otros procesos involucrados en el proceso de impresión, y analizar la influencia de los parámetros de impresión en el rendimiento de estructuras de paredes delgadas, los resultados muestran que el escaneo la velocidad tiene un impacto en la formación de charcos fundidos, el flujo de metal fundido, el flujo de metal fundido, la conducción térmica y el rendimiento de la estructura de paredes delgadas tienen un impacto importante; en aplicaciones prácticas, el proceso de impresión se puede optimizar y el rendimiento de las estructuras de paredes delgadas se puede mejorar ajustando la velocidad de escaneo y otros parámetros, y esta investigación proporciona una base teórica y una guía técnica para optimizar aún más la impresión 3D de estructuras de paredes delgadas de AlSi10Mg mediante el proceso LB-PBF.
