Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu số về động lực học của hồ lỏng trong quá trình tinh luyện bột bằng nhiều laser
Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science - Tập 52 - Trang 211-227 - 2020
Tóm tắt
Quá trình tinh luyện bột bằng nhiều laser (MLPBF) đã trở thành công nghệ hứa hẹn nhất cho việc sản xuất nhanh các bộ phận kim loại lớn. Là một nhánh của MLPBF, quá trình tinh luyện bột sử dụng mảng nhiều laser (MLA-PBF) đã dần thu hút sự chú ý của ngành công nghiệp nhờ vào những lợi ích như tăng tốc đáng kể hiệu suất sản xuất và độ khó kỹ thuật thực hiện thấp. Tuy nhiên, hiện nay còn thiếu các nghiên cứu mô phỏng dựa trên quy mô vi mô để mô tả hành vi động lực của hồ lỏng MLA-PBF. Quy trình trải bột trong MLA-PBF đã được tính toán dựa trên khuôn khổ DEM mã nguồn mở Yade, động lực học hồ lỏng MLA-PBF được mô tả dựa trên khuôn khổ CFD mã nguồn mở OpenFOAM, và một mô hình nguồn nhiệt nhiều laser để theo dõi thời gian thực sự thay đổi ở giao diện pha kim loại và pha khí đã được đề xuất. Nhắm vào chế độ một dòng của MLA-PBF, người ta nhận thấy rằng việc hình thành bằng hai laser với đầu thấp và đuôi cao có thể được sử dụng để làm nóng trước và làm kết khối trước các hạt kim loại sắp vào hồ lỏng, điều này có lợi cho việc giảm khuyết tật lỗ trong vết kết khối rắn, và cần sử dụng khoảng cách tia laser vừa phải. Nhắm vào chế độ nhiều dòng của MLA-PBF, nó có thể tạo ra một hồ lỏng với chiều rộng và chiều dài lớn hơn đáng kể so với trường hợp tia laser đơn, điều này có lợi cho việc loại bỏ khuyết tật lỗ trong vùng hình thành, đạt được bề mặt vết kết khối phẳng và cải thiện hiệu quả hình thành. Khi công suất laser thấp hoặc khoảng cách tia laser lớn, một số lượng lớn lỗ sẽ dễ dàng xuất hiện trong vùng hình thành. Khi công suất laser tăng hoặc khoảng cách tia laser giảm, khi năng lượng laser đủ để làm chảy các hạt kim loại nằm ở phần thấp của bột, một bề mặt nhẵn của vết kết khối và ít khuyết tật lỗ hơn sẽ được nhận thấy. Bài báo này hy vọng sẽ cung cấp hỗ trợ lý thuyết cho việc nâng cao ứng dụng của MLA-PBF trong sản xuất phụ gia kim loại.
Từ khóa
#MLPBF #MLA-PBF #hồ lỏng #động lực học #sản xuất kim loại phụ giaTài liệu tham khảo
A. Salmi, F. Calignano, M. Galati, E. Atzeni: Virtual Phys. Prototy., 2018, vol. 13, no. 3, pp. 191-202.
B. Fotovvati, N. Namdari, A. Dehghanghadikolaei: Mater. Res. Express, 2019, vol. 6, pp. 012002.
A. Khorasani, I. Gibson, J. K. Veetil, A. H. Ghasemi: Int. J. Adv. Manuf. Tech., 2020, vol. 108, pp. 191-209.
T. DebRoy, H. L. Wei, J. S. Zuback, T. Mukherjee, J. W. Elmer, J. O. Milewski, A. M. Beese, A. Wilson-Heid, A. De, W. Zhang: Prog. Mater. Sci., 2018, vol. 92, pp. 112-224.
P. Wagenblast, J. Risse, S. Schweikert, J. Zaiss: Proceedings of SPIE, 2020, https://doi.org/10.1117/12.2551154.
F. Eibl, C. Tenbrock, T. Pichler, T. Schmithüsen, D. Heussen, J. H. Schleifenbaum: Proceedings of the 2017 High Power Diode Lasers and Systems Conference, 2017, https://doi.org/10.1109/hpd.2017.8261078.
S. F. Wen, C. Z. Yan, Q. S. Wei, L. C. Zhang, X. Zhao, W. Zhu, Y. S. Shi: Virtual Phys. Prototy., 2014, vol. 9, no. 4, pp. 213-23.
A. T. Payne: Doctoral thesis, 2017, England: University of Cambridge.
H. Wong, K. Dawson, G. A. Ravi, L. Howlett, R. O. Jones, C. J. Sutcliffe: Int. J. Adv. Manuf. Tech., 2019, vol. 105, pp. 2891-2906.
J. Karp, V. Ostroverkhov, D. Bogdan, M. Graham, B. McCarthy, W. Carter: Proceedings of SPIE, 2019, https://doi.org/10.1117/12.2513892.
C.-Y. Tsai, C.-W. Cheng, A.-C. Lee, M.-C. Tsai: Addit. Manuf., 2019, vol. 27, pp. 1-7.
B. Liu, Z. Z. Kuai, Z. H. Li, J. B. Tong, P. K. Bai, B. Q. Li, Y. F. Nie: Materials, 2018, vol. 11, pp. 2354.
F. Z. Li, Z. M. Wang, X. Y. Zeng: Mater. Lett., 2017, vol. 199, pp. 79-83.
F. Eibl: Doctoral thesis, 2017, Germany: RWTH Aachen University.
S. A. Khairallah, A. T. Anderson, A. Rubenchik, W. E. King: Acta Mater., 2016, vol. 108, pp. 36-45.
K. Q. Le, C. Tang, C. H. Wong: Int. J. Therm. Sci., 2019, vol. 145, pp. 105992.
L. Cao: Int. J. Adv. Manuf. Tech., 2019, vol. 105, pp. 2253-69.
E. J. R. Parteli, T. Pöschel: Powder Technol., 2016, vol. 288, pp. 96-102.
D. D. Gu, M. J. Xia, D. H. Dai: Int. J. Mach. Tool. Manu., 2019, vol. 137, pp. 67-78.
L. Cao: Int. J. Heat Mass Tran., 2019, vol. 141, pp. 1036-48.
C. Tang, J. L. Tan, C. H. Wong: Int. J. Heat Mass Tran., 2018, vol. 126, pp. 957-68.
M. Zheng, L. Wei, J. Chen, Q. Zhang, J. Q. Li, S. Sui, G. Wang, W. D. Huang: Appl. Surf. Sci., 2019, vol. 496, pp. 143649.
C. Panwisawas, C. L. Qiu, M. J. Anderson, Y. Sovani, R. P. Turner, M. M. Attallah, J. W. Brooks, H. C. Basoalto: Comp. Mater. Sci., 2017, vol. 126, pp. 479-90.
L. Cao: Metall. Mater. Trans. A, 2020, vol. 51, pp. 4130-45.
L. Cao: Comp. Mater. Sci., 2020, vol. 179, pp. 109686.
H. Kyogoku, T.-T. Ikeshoji: Mech. Engineering Rev., 2020, vol. 7, no. 1, pp. 19-00182.
M. Zavala-Arredondo, H. Ali, K. M. Groom, K. Mumtaz: Int. J. Adv. Manuf. Tech., 2018, vol. 97, pp. 1383-96.
S. Zou, H. B. Xiao, F. P. Ye, Z. C. Li, W. Z. Tang, F. Zhu, C. T. Chen, C. Zhu: Results Phys., 2020, vol. 16, pp. 103005.
C. P. Chen, Z. X. Xiao, H. H. Zhu, X. Y. Zeng: J. Mater. Process. Tech., 2020, vol. 284, pp. 116726.
M. Masoomi, S. M. Thompson, N. Shamsaei: Manuf. Lett., 2017, vol. 13, pp. 15-20.
T. Heeling, K. Wegener: Phys. Procedia, 2016, vol. 83, pp. 899-908.
T. Heeling, L. Zimmermann, K. Wegener: Proceedings of Solid Freeform Fabrication Symposium, 2016, https://doi.org/10.3929/ethz-a-010803938.
L. Cao, D. M. Liao, F. Sun, T. Chen, Z. H. Teng, Y. L. Tang: Int. J. Adv. Manuf. Tech., 2017, vol. 94, pp. 807-15.
L. Cao, F. Sun, T. Chen, Z. H. Teng, Y. L. Tang, D. M. Liao: Acta Metall. Sin., 2017, vol. 53, no. 11, pp. 1521-31.
S. A. Khairallah, A. A. Martin, J. R. I. Lee, G. Guss, N. P. Calta, J. A. Hammons, M. H. Nielsen, K. Chaput, E. Schwalbach, M. N. Shah, M. G. Chapman, T. M. Willey, A. M. Rubenchik, A. T. Anderson, Y. M. Wang, M. J. Matthews, W. E. King: Science, vol. 368, pp. 660–65.
Q. L. Guo, C. Zhao, L. I. Escano, Z. Young, L. H. Xiong, K. Fezzaa, W. Everhart, B. Brown, T. Sun, L. Y. Chen: Acta Mater., 2018, vol. 151, pp. 169–80.