Numerično simuliranje nastajanja poroznosti pri novi hibridni dodajalni tehnologiji

Nedavno je bil v v sodelovanju med Inštitutom za kovinske materiale in tehnologijo (IMT), Evropsko vesoljsko agencijo (ESA) in industrijskimi partnerji razvit nov tip hibridne dodajalne tehnologije (HDT) za prihodnje vesoljske aplikacije. Ta novi pristop združuje dve obstoječi tehnologiji Selektivnega Laserskega Tiska (SLT) in Laserskega Direktnega Navarjanja (LDN), da bi izkoristili prednosti obeh. Medtem ko je SLT znan po svoji neprekosljivi zmogljivosti za proizvodnjo geometrijsko zapleteni kosov z visoko natančnostjo in odličnimi mehanskimi lastnostmi, je njihova velikost omejena z velikostjo komore , njihov proizvodni čas pa je dolg. LDN po drugi strani ne nalaga nobenih omejitev glede velikosti predmetov, vendar za ceno nižje dimenzijske natančnosti in slabših mehanskih lastnosti. V okviru omenjenega sodelovanja so bile razvite HDT procesne verige za Inconel 718, Inconel 625 in Ti6Al4V. Izvedljivosti razvite tehnologije je bila izkazana z izdelavo vzorcev, mehanski preizkusi pa so potrdili, da je pod pravimi pogoji mogoče doseči odlične mehanske lastnosti proizvedenih kosov. Slednje pa ni bilo doseženo pri vseh izdelanih vzorcih, saj je bila pogosto opažena močna poroznost na SLT/LDN spoju. Medtem ko poroznost v spojni coni predstavlja velik problem za nadaljnjo uporabo razvite tehnologije, mehanizem njenega razvoja in okoliščine, ki vodijo do njenega nastanka, ostajajo neznani. Ta projekt se osredotoča na reševanje težav s poroznostjo spojne cone preko raziskovanja procesa nastanka poroznosti in uporabnega obsega proizvodnih parametrov, ki zagotavljajo strukturno celovitost izdelanih kosov. Za dosego teh ciljev je predlagan pristop komputacijskega modeliranja, kjer bodo elementi različnih najsodobnejših numeričnih pristopov združeni v celovito simulacijo prenosa toplote in evolucije proste površine pri uporabi razvite HDT tehnologije. Za modeliranje dinamike dvofaznega toka plinaste in kovinske faze bomo uporabili metodo Volumna Fluida z uporabo Eulerijevega pristopa in diskretizacijske sheme končnih volumnov z namenom simulacije strjene površine, ki se razvije med uporabo HDT. Rentgenske meritve poroznosti, ki so bile že opravljene za izdelane vzorce, bodo zagotovile potrebne podatke za validacijo modela. Za identifikacijo uporabnega procesnega okna bomo bomo za primer uporabe Inconela 718 kot enega najpomembnejših materialov za vesoljske aplikacije izvedli serijo simulacij ob sistematičnem spreminjanju proizvodnih parametrov znotraj vnaprej določenih razponov. Tlačna, hitrostna in temperaturna polja iz rezultatov simulacij bodo natančno analizirana, da bi pridobili globlje razumevanje tvorbe poroznosti. Medtem ko bo imelo reševanje obstoječih težav s tehnologijo HDT neposredne posledice za vesoljsko industrijo, je zaradi povečanih proizvodnih zmogljivosti HDT v bližnji prihodnosti mogoče pričakovati pomembne posledice tudi v drugih industrijskih panogah.