I. مقدمة
عملية LB-PBF عبارة عن تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد معدنية قائمة على مسحوق. أثناء عملية الطباعة، يتم تشعيع شعاع الليزر على طبقة من المسحوق المعدني، مما يتسبب في ذوبان المسحوق ودمجه في شكل جزء مصمم مسبقًا. بالمقارنة مع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى، تتمتع عملية LB-PBF بمزايا الاستخدام العالي للمواد وسرعة الطباعة العالية، ولكنها تواجه أيضًا تحديات مثل التحكم في سلوك حوض الذوبان، وتوزيع الضغط الحراري، وتطور البنية المجهرية. باعتبارها سبيكة ألومنيوم مصبوبة شائعة الاستخدام، تتمتع AlSi10Mg بخصائص فيزيائية وميكانيكية ممتازة، وهي مناسبة لتصنيع الأجزاء ذات الجدران الرقيقة والتصميمات الهندسية المعقدة. يتم استخدام عملية LB-PBF للطباعة ثلاثية الأبعاد لهيكل AlSi10Mg ذو الجدران الرقيقة، والذي يمكن أن يعطي فرصة كاملة لمزايا هذه المادة وتحسين الأداء وكفاءة التصنيع للجزء.
2. طرق المحاكاة العددية
في هذا البحث، تم استخدام طريقة المحاكاة العددية لدراسة أداء الطباعة ثلاثية الأبعاد للهياكل الرقيقة الجدران AlSi10Mg بواسطة عملية LB-PBF. تم إنشاء نموذج رياضي لمحاكاة عملية تكوين البركة المنصهرة، وتدفق المعدن المنصهر، والتوصيل الحراري المشاركة في عملية الطباعة عدديا. تم استخدام طريقة العناصر المحدودة لحل النموذج، وتم الأخذ في الاعتبار العوامل الفيزيائية، والعوامل الفيزيائية الحرارية، وعوامل تشعيع الليزر للمواد. من خلال المحاكاة العددية، يمكن الحصول على شكل حوض الذوبان، وتوزيع مجال درجة الحرارة، والهندسة ودقة الأبعاد للهيكل الرقيق الجدران في كل لحظة من عملية الطباعة.
3. نتائج المحاكاة العددية وتحليلها
ومن خلال المحاكاة العددية تم الحصول على النتائج التالية:
(1) تشكيل حوض الذوبان: تحت إشعاع الليزر، يذوب المسحوق المعدني بسرعة، ويشكل حوضًا منصهرًا. ومع زيادة سرعة المسح بالليزر، يقل حجم ودرجة حرارة حوض الذوبان. ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض كمية طاقة الليزر المشععة على المسحوق لكل وحدة زمنية مع زيادة سرعة المسح، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة حوض الذوبان.
(2) تدفق المعدن المنصهر: تحت تأثير الليزر، يخلق المعدن المنصهر تدفقًا يتسبب في تحرك المعدن السائل الموجود في البركة المنصهرة في اتجاه المسح بالليزر. كلما كان الفحص أسرع، كلما زادت كثافة التدفقات المعدنية. ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة قوة القصور الذاتي على المعدن السائل في البركة المنصهرة مع زيادة سرعة المسح، مما يؤدي إلى زيادة تدفق المعدن.
(3) التوصيل الحراري: يعد التوصيل الحراري عملية فيزيائية مهمة أثناء عملية الطباعة. من خلال التوصيل الحراري، تنتشر الحرارة من البركة المنصهرة إلى المناطق المحيطة، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة المنطقة المحيطة. أظهرت نتائج المحاكاة العددية أن تأثير التوصيل الحراري يضعف مع زيادة سرعة المسح. ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أنه مع زيادة سرعة المسح، يتسارع فقدان الحرارة في حوض الذوبان، مما يؤدي إلى ضعف التوصيل الحراري.
(4) أداء الهيكل الرقيق الجدران: يتم الحصول على الهندسة ودقة الأبعاد للهياكل الرقيقة الجدران بسرعات مسح مختلفة من خلال المحاكاة العددية. أظهرت النتائج أنه مع زيادة سرعة المسح، يزداد الخطأ البعدي للهيكل رقيق الجدران، بينما يقل الخطأ الشكلي. ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة تدفق المعدن السائل في البركة المنصهرة مع زيادة سرعة المسح، مما يؤدي إلى أن يكون شكل الهيكل الرقيق الجدران أقرب إلى الشكل المحدد مسبقًا.
4 - نتائج
في هذا البحث تمت دراسة المحاكاة العددية للطباعة ثلاثية الأبعاد للهياكل الرقيقة الجدران AlSi10Mg بواسطة عملية LB-PBF. من خلال إنشاء نموذج رياضي، ومحاكاة عددية لتشكيل البركة المنصهرة، وتدفق المعدن المنصهر، والتوصيل الحراري وغيرها من العمليات المشاركة في عملية الطباعة، وتحليل تأثير معلمات الطباعة على أداء الهياكل ذات الجدران الرقيقة، أظهرت النتائج أن المسح الضوئي السرعة لها تأثير على تكوين البرك المنصهرة، وتدفق المعدن المنصهر، وتدفق المعدن المنصهر، والتوصيل الحراري وأداء الهياكل رقيقة الجدران لها تأثير مهم، في التطبيقات العملية، يمكن تحسين عملية الطباعة وأداء الهياكل رقيقة الجدران يمكن تحسينها عن طريق ضبط سرعة المسح والمعلمات الأخرى، ويوفر هذا البحث أساسًا نظريًا وتوجيهًا فنيًا لمزيد من تحسين الطباعة ثلاثية الأبعاد للهياكل الرقيقة الجدران AlSi10Mg من خلال عملية LB-PBF
