Un desarrollo de la ecuación de Rosenthal para predecir perfiles térmicos durante la fabricación aditiva
Autores: Keeley, William; Turner, Richard; Mitchell, Bashir; Warnken, Nils
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un desarrollo de la ecuación de Rosenthal para predecir perfiles térmicos durante la fabricación aditiva
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía térmica
Palabras clave
Modelado térmico
Fabricación aditiva
Defectos
Propiedades del material
Métodos numéricos
Ecuación de Rosenthal
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
El modelado térmico de la fabricación aditiva es un método clave para mejorar la calidad de los componentes producidos, ya que permite un análisis que no es posible mediante métodos experimentales debido a las dificultades involucradas en el monitoreo in situ. Los gradientes térmicos presentes durante el proceso de fabricación aditiva tienen un gran impacto en la formación de defectos, como la porosidad, el estrés residual y las fisuras. Los gradientes térmicos también tienen un gran impacto en las propiedades del material al controlar la microestructura formada. Los métodos de modelado térmico a menudo se basan en soluciones numéricas de la ecuación de conducción de calor. Aunque los métodos numéricos pueden ser más precisos, a menudo son muy lentos debido a los requisitos de malla fina para capturar altos gradientes térmicos y a los solucionadores iterativos para aproximar la solución del mundo real a las ecuaciones del campo térmico requeridas. Se desarrolló un modelo analítico para proporcionar una solución rápida al problema. El modelo analítico utilizado en esta investigación se basó en la ecuación de Rosenthal y se analizó bajo una variedad de parámetros de proceso. También se creó un modelo de Rosenthal dependiente de la temperatura con el objetivo de mejorar los resultados. El modelo analítico se comparó luego con un modelo numérico de elementos finitos para actuar como verificación de los resultados. El modelo analítico predijo con precisión el ancho del charco de fusión en una variedad de condiciones de proceso. El modelo analítico subestimó la longitud del charco de fusión en comparación con el modelo numérico, especialmente a altas velocidades. Al utilizar el modelo estándar de Rosenthal, el uso de conductividades térmicas a temperatura ambiente o a alta temperatura subestimó o sobrestimó las tasas de enfriamiento del charco de fusión, respectivamente. Se demostró que un modelo de Rosenthal dependiente de la temperatura producía tasas de enfriamiento más precisas en comparación con la ecuación original de Rosenthal.
Descripción
El modelado térmico de la fabricación aditiva es un método clave para mejorar la calidad de los componentes producidos, ya que permite un análisis que no es posible mediante métodos experimentales debido a las dificultades involucradas en el monitoreo in situ. Los gradientes térmicos presentes durante el proceso de fabricación aditiva tienen un gran impacto en la formación de defectos, como la porosidad, el estrés residual y las fisuras. Los gradientes térmicos también tienen un gran impacto en las propiedades del material al controlar la microestructura formada. Los métodos de modelado térmico a menudo se basan en soluciones numéricas de la ecuación de conducción de calor. Aunque los métodos numéricos pueden ser más precisos, a menudo son muy lentos debido a los requisitos de malla fina para capturar altos gradientes térmicos y a los solucionadores iterativos para aproximar la solución del mundo real a las ecuaciones del campo térmico requeridas. Se desarrolló un modelo analítico para proporcionar una solución rápida al problema. El modelo analítico utilizado en esta investigación se basó en la ecuación de Rosenthal y se analizó bajo una variedad de parámetros de proceso. También se creó un modelo de Rosenthal dependiente de la temperatura con el objetivo de mejorar los resultados. El modelo analítico se comparó luego con un modelo numérico de elementos finitos para actuar como verificación de los resultados. El modelo analítico predijo con precisión el ancho del charco de fusión en una variedad de condiciones de proceso. El modelo analítico subestimó la longitud del charco de fusión en comparación con el modelo numérico, especialmente a altas velocidades. Al utilizar el modelo estándar de Rosenthal, el uso de conductividades térmicas a temperatura ambiente o a alta temperatura subestimó o sobrestimó las tasas de enfriamiento del charco de fusión, respectivamente. Se demostró que un modelo de Rosenthal dependiente de la temperatura producía tasas de enfriamiento más precisas en comparación con la ecuación original de Rosenthal.