2022/09/06
Thermo-Mechanical Modeling of Wire-Fed Electron Beam Additive Manufacturing
Sikan, F.; Wanjara, P.; Gholipour, J.; Amit, K..; Brochu, M. (2021). Thermo-Mechanical Modeling of Wire-Fed Electron Beam Additive Manufacturing. Materials. 2021, 14(4), 911.
L’objectif principal de cette recherche était de développer un modèle d’éléments finis spécifiquement conçu pour la fabrication additive par faisceau d’électrons (EBAM) du Ti-6Al-4V, et ce afin de comprendre les aspects métallurgiques et mécaniques du processus. De multiples échantillons de Ti-6Al-4V à une et 10 couches ont été fabriqués pour valider les résultats de la simulation et assurer la fiabilité du modèle développé. Des plaques à parois minces de 3 mm d’épaisseur ont été utilisées comme substrats. Des mesures par thermocouple ont été enregistrées pour valider les cycles thermiques simulés. Les températures prédites et mesurées, les contraintes résiduelles et les profils de déformation ont montré que le modèle est assez fiable. Les prédictions thermiques du modèle, lorsqu’elles ont été validées expérimentalement, ont donné une erreur moyenne relativement faible, soit 3,7 %. Le modèle s’est avéré extrêmement efficace pour prédire les vitesses de refroidissement, la morphologie des grains et la microstructure. Les déviations maximales observées dans les prédictions mécaniques du modèle étaient aussi faibles que 100 MPa en contraintes résiduelles et 0,05 mm en distorsion. Des contraintes résiduelles de traction ont été observées dans le dépôt et la zone affectée thermiquement, tandis que des contraintes de compression ont été observées dans le cœur du substrat. La contrainte résiduelle de traction la plus élevée observée dans le dépôt était d’environ 1,0 σys (limite d’élasticité). La distorsion la plus élevée sur le substrat était d’environ 0,2 mm.