粉末床 溶融結合におけるメゾスコピック熱流動解析


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粉末床 溶融結合におけるメゾスコピック熱流動解析

背景

オハイオ州立大学のY.S. Lee、W. ZhangらによるMesoscopic Simulation of Heat Transfer and Fluid Flow in Laser Powder Bed Additive ManufacturingではFLOW-3Dを用いて金属 粉末床 のレーザによる溶融・結合(L-PBF)を解析している。論文ではDEMで生成したランダムな 粉末床 を解析対象にしているが、弊社開発のFLOW Weld(レーザ溶接モジュール)のベンチマークとして一様な 粉末床 での解析を行い、結果を比較した。

解析モデル

ランダム粉末床(論文)

ランダム粉末床(論文)

一様粉末床

一様粉末床

ニッケル合金使用
  
-粉末直径:10~20μm

レーザ設定
  
-Nd:YAG Laser
  
-出力:200W
  
-走査速度:1.1m/s, 2.3m/s
  
-スポット径:100μm

メッシュ
  
-サイズ:3μm
  
-総メッシュ数:約190万メッシュ

解析結果

論文解析結果(1.1m/s)

論文解析結果(1.1m/s)

一様粉末床解析結果(1.1m/s)

一様粉末床解析結果(1.1m/s)

論文解析結果(2.3m/s)

論文解析結果(2.3m/s)

一様粉末床解析結果(2.3m/s)

一様粉末床解析結果(2.3m/s)

まとめ

  • 熱伝導や溶融金属の挙動、溶接速度の違いによる影響など、一様な粉末床でも定性的な解析は可能であることが分かった。
  • 温度分布などの結果の違いは粉末床の違いと考えられ、粉末床の再現性が結果に影響する事が分かった。
  • 今後、FLOW DEM(弊社製個別要素法モジュール)を用いた粉末床の生成機能も開発していく予定である。

  ※資料提供 : オハイオ州立大学 様

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