Моделирование теплопроводности порошковой среды применительно к задаче селективного лазерного плавления

Мохаммад Худайр Аббас Аль-Сандокачи

Аннотация


Скорость и стоимость внедрения в производство новой техники напрямую зависят от
эффективности работы каждой технологической цепочки на всех этапах от конструирова-ния и проектирования изделия до создания его первоначального макета в натуральную ве-личину. Резко ускорить прохождение этих этапов помогают высокотехнологичные методы
3-мерного компьютерного моделирования и создания твердых копий деталей машин.
В настоящее время во всем мире проводятся интенсивные научно-исследовательские и
опытно-конструкторские работы не только по созданию новых, но и по совершенствова-нию развитых ранее технологических методик и систем послойного лазерного синтеза
объемных изделий(ЛСОИ) деталей машин. Методы селективного лазерного спекания
(СЛС), плавления(СЛП) и трехмерной лазерной наплавки(DMD) являются одним из наи-более перспективных способов реализации технологии быстрого прототипирования.
Поэтому изучение данной темы на данный момент является актуальным. В настоящее
время в ряде отраслей промышленности имеются большие тепловые потоки от одной по-верхности к другой, вследствие чего даже незначительные контактные сопротивления вы-зывают местные перегревы, что часто крайне нежелательно. В работе была изучена эф-фективная теплопроводность зернистых систем, которая рассматривалась как функция по-ристости, теплопроводности газа, заполняющего поры материала, теплопроводности
газового микрозазора, теплопроводности самих частиц и контактной теплопроводности на
стыке частиц.
Для теоретических исследований процессов селективного лазерного спекания необхо-димым является разработка методов описания эффективных коэффициентов теплопровод-ности(ЭКТ) порошковой среды, которые учитывают, что при нагреве может происходить
частичное или полное плавление материала сфер, приводящее к изменению структуры
среды. Отсюда следует важное требование к моделям ЭКТ: структурная модель в пределе
полного плавления материала твердых частиц должна давать значение эффективной те-плопроводности, которое сшивается с эффективной теплопроводностью, даваемой бес-структурной моделью. Для случая полного плавления частиц предлагается метод расчета
эффективной теплопроводности расплава с газовыми включениями, который описан
в работе.


Ключевые слова


селективное лазерное плавление; порошок; теплопроводность

Полный текст:

PDF

Литература


Shishkovskii I.V. Lazernyi sintez funktsional'no-gradientnykh mezostruktur i ob"emnykh izdelii [Laser Synthesis of Functionally Graded Mesostructure and Bulk Products]. Moscow, Fizmatlit, 2009. 424 p.

Nazarov, A.P. [Prospects for Rapid Prototyping by Selective Laser Melting / Sintering]. Vestnik MGTU “Stankin”, 2011, no. 4 (16), pp. 46–51. (in Russ.)

Kilina P.N., Morozov E.A., Khanov A.M., Sirotenko L.D. [Research Mode Selective Laser Melting of Metal Powders]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya, 2014, no. 6, p. 133.

Geguzin Ya.E. Fizika spekaniya [Sintering Physics]. Moscow, Science, 1984. 312 p.

Gusarov A.V. Gas-Dynamic Boundary Conditions of Evaporation and Condensation: Numerical Analysis of the Knudsen Layer. Phys. Fluids, 2002, vol. 14, pp. 4242–4255.

Shishkovskii I.V., Kupriyanov N.L. [Thermal Field In The Metal-Polymer Powder Compositions Under Laser Irradiation]. Teplofizika vysokikh temperatur, 1997, T. 35, no. 5, pp. 722–726. (in Russ.)

Nelson J.S., Xue S., Barlow J.W. Model of Selective Laser Sintering of Bisphenol-A Polycarbonate. Ind. Chem. Eng. Res., 1993, vol. 32, pp. 2305–2317.

Ho H.C.H., Gibson I., Cheung W.L. Effects of Energy Density on Morphology and Properties of Selective Laser Sintered Drug Delivery Devices. Journal of Materials Processing Technology, 1999, vol. 89–90, pp. 204–210.

Levdanskii V.V. [Heating Model Porous Body Radiation]. Vozdeistvie kontsentrirovannykh potokov energii na veshchestvo. Moscow, Science, 1985, pp. 99–107. (in Russ.)

Yagi S., Kunii D. Studies on Effective Thermal Conductivities in Packed Beds. Journal AIChe, 1957, vol. 3, no. 3, pp. 373–381.

Kandis M. Observation and Modeling of Part Growth and Shape Evolution of Polymer Parts Produced by Non-Isothermal and Laser-Induced Sintering of Powders: PhD thesis. The University of Texas at Austin, 1999. 188 p.

Zhang Y. Thermal Modeling of Advanced Manufacturing technologies: Grinding, Laser Dril¬ling, and Solid Free From Fabrication: PhD thesis. The University of Connecticut, 1998. 277 p.

Ragulya A.V. [Selective Laser Sintering. I Continuum Model]. Poroshkovaya metallurgiya, 1998, no. 7-8, pp. 16–26. (in Russ.)

Mushtaev V.I. Ul'yanov V.M. Sushka dispersnykh materialov [Drying of Disperse Materials] Moscow, 1988. 352 p.

Volchenko T.S. Yalovets A.P. [Calculation of the Effective Thermal Conductivity of the Material Powder of Spherical Particles in a Gas Atmosphere]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki, 2016, no. 3 (8). (in Russ.)

Deissler, R.G., Boegli J.S. An Investigation of the Effective Thermal Conductivities of Powders in Various Gases. Trans ASME, 1958, vol. 80, pр. 1417–1425.

Swift, D.L. The Thermal Conductivity of Spherical Metal Powders Including the Effect of an Oxide Coating. Int. J.Heat Mass Transfer., 1966, vol. 9, pр. 1061–1074.

Luikov A.V., Shashkov A.G., Vasiliev L.L., Fraiman Yu.E. Thermal Conductivity of Porous Systems. Int. J. Heat Mass Transfer., 1968, vol. 11, pр. 117–140.

SLM 500HL. Available at: http://www.neokon.lt/.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.