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-3D 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）

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）

一様粉末床解析結果（1.1m/s）

論文解析結果（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-3D 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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