2023/11/14
Multi-scale model to simulate stress directionality in laser powder bed fusion: Application to thin-wall part failure
Tangestani, R.; Chakraborty, A.; Sabiston, T.; Yuan, L.; Ghasri-Khouzani, M.; Martin, E. (2023). Multi-scale model to simulate stress directionality in laser powder bed fusion: Application to thin-wall part failure. Materials & Design, vol. 22, August 2023, 112147.
Dans cette étude, les apports de chaleur linéaire sont regroupés pour améliorer l’efficacité du calcul tout en préservant la directionnalité des contraintes dans la fusion laser sur lit de poudre (LPBF). Le modèle de ligne hybride localisée (LHL) prédit la distorsion des pièces avec précision à moins de 10 µm de l’erreur expérimentale dans un délai raisonnable. Les effets de la géométrie des pièces et des stratégies de balayage sur la distorsion et la défaillance des pièces lors du LPBF de composants à paroi mince sont évalués. Huit modèles d’impression différents, comprenant différentes longueurs de vecteurs et rotations de balayage intercouches pour cinq longueurs de pièces différentes, sont étudiés. Les résultats de simulation montrent que les contraintes de compression dans les directions longitudinale et de construction créent un flambage, ce qui limite le dépôt ultérieur de couches. Cela provoque une défaillance des pièces en cours de processus appelée effet LBH (Limiting Building Height). Une forte corrélation entre la longueur du vecteur et les contraintes résiduelles est montrée. Des longueurs de vecteur plus longues génèrent des contraintes résiduelles de compression plus petites le long de la direction de construction tandis que les rotations de balayage inter-couches homogénéisent les contraintes internes dans le plan de balayage. L’augmentation de la longueur du vecteur et l’introduction de rotations de balayage sont des stratégies de traitement utiles pour améliorer le LBH. De plus, la défaillance d’une pièce peut être atténuée en faisant varier la géométrie de la pièce. L’augmentation de l’épaisseur de la pièce réduit la susceptibilité au flambage et augmente le LBH, tandis que la longueur de la pièce modifie le mode de rupture.