Optimización de Parámetros de Proceso para Mitigar el Estrés Residual en la Fabricación Aditiva por Fusión de Lecho de Polvo con Doble Haz de Láser
Autores: Zhang, Wenyou; Abbott, William M.; Sasnauskas, Arnoldas; Lupoi, Rocco
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Haz de láser
Fusión de lecho de polvo
Fabricación aditiva
Tensión residual térmica
Haz de láser dual
PBF-LB
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 4
Citaciones: Sin citaciones
La fusión de lecho de polvo por haz láser (PBF-LB) en la fabricación aditiva (AM) es una tecnología de fabricación avanzada que produce componentes metálicos de manera capa por capa. Se considera que el estrés residual térmico (RS) inducido por los procesos repetidos de calentamiento-fusión-enfriamiento-solidificación de la AM limita la adopción más amplia de PBF-LB. Se propuso recientemente una estrategia de PBF-LB de haz láser dual, con un láser auxiliar adicional y potencia reducida, que trabaja simultáneamente en el mismo lecho de polvo, para reducir el RS dentro de los componentes fabricados. Para proporcionar información sobre las configuraciones óptimas de AM PBF-LB y los parámetros de proceso para el PBF-LB de láser dual, este estudio propuso tres estrategias de calentamiento coordinado diferentes (es decir, calentamiento paralelo, post-calentamiento y precalentamiento) de la fuente de calor auxiliar. Los campos de temperatura y el RS del PBF-LB de haz láser dual, para Ti-6Al-4V con diferentes parámetros de proceso, fueron investigados y optimizados computacionalmente mediante modelos 3D acoplados termo-mecánicamente. En comparación con el PBF-LB de haz único, se demostró que las estrategias de calentamiento paralelo, post-calentamiento y precalentamiento son enfoques efectivos para reducir el RS. Entre estos, se predice que el escaneo de precalentamiento es más efectivo para mitigar el RS, es decir, hasta un 10.41% de reducción de RS, en comparación con el escaneo de láser único. Este trabajo podría ser beneficioso para mitigar el RS y mejorar las propiedades mecánicas de los componentes metálicos fabricados aditivamente.
Descripción
La fusión de lecho de polvo por haz láser (PBF-LB) en la fabricación aditiva (AM) es una tecnología de fabricación avanzada que produce componentes metálicos de manera capa por capa. Se considera que el estrés residual térmico (RS) inducido por los procesos repetidos de calentamiento-fusión-enfriamiento-solidificación de la AM limita la adopción más amplia de PBF-LB. Se propuso recientemente una estrategia de PBF-LB de haz láser dual, con un láser auxiliar adicional y potencia reducida, que trabaja simultáneamente en el mismo lecho de polvo, para reducir el RS dentro de los componentes fabricados. Para proporcionar información sobre las configuraciones óptimas de AM PBF-LB y los parámetros de proceso para el PBF-LB de láser dual, este estudio propuso tres estrategias de calentamiento coordinado diferentes (es decir, calentamiento paralelo, post-calentamiento y precalentamiento) de la fuente de calor auxiliar. Los campos de temperatura y el RS del PBF-LB de haz láser dual, para Ti-6Al-4V con diferentes parámetros de proceso, fueron investigados y optimizados computacionalmente mediante modelos 3D acoplados termo-mecánicamente. En comparación con el PBF-LB de haz único, se demostró que las estrategias de calentamiento paralelo, post-calentamiento y precalentamiento son enfoques efectivos para reducir el RS. Entre estos, se predice que el escaneo de precalentamiento es más efectivo para mitigar el RS, es decir, hasta un 10.41% de reducción de RS, en comparación con el escaneo de láser único. Este trabajo podría ser beneficioso para mitigar el RS y mejorar las propiedades mecánicas de los componentes metálicos fabricados aditivamente.