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Estudio numérico del flujo de polvo en la boquilla para la deposición de metal asistida por láser

Autores: Petkevi, Romuald; Jobalis, Giedrius; Steponaviit, Ada; Stravinskas, Karolis; Romanov, Aleksej; Kaianauskas, Rimantas; Borodinas, Sergejus; Mordas, Genrik

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2021

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Acceso abierto

Artículo científico
2021

Estudio numérico del flujo de polvo en la boquilla para la deposición de metal asistida por láser


Categoría

Matemáticas

Subcategoría

Matemáticas generales

Palabras clave

Metal
Fabricación aditiva
Boquilla
Haz de partículas
Velocidad
Deposición

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 26

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La fabricación aditiva de metal ha recibido mucha atención en las últimas décadas, y ofrece una variedad de tecnologías para la producción de objetos tridimensionales. Uno de esas tecnologías, que permite la producción de objetos de gran tamaño, es la deposición de metal asistida por láser, cuyos límites están determinados por las capacidades del sistema de posicionamiento. Los inyectores ya existentes tienen una tasa de construcción relativamente baja o una resolución pobre. El objetivo de este trabajo es desarrollar un nuevo inyector con un haz de partículas centrado a alta velocidad para las tecnologías de fabricación aditiva de metal asistida por láser. Los desafíos científicos se abordan en relación con la dinámica de fluidos, el contacto partícula-sustrato y el seguimiento del estado termodinámico durante el contacto. En este artículo, se diseñaron dos inyectores basados en la geometría de de Laval con curvas de convergencia de Witoszynski y Bicúbicas; los resultados mostraron que la velocidad promedio del flujo en un inyector de curva de salida Bicúbica es de alrededor de 615 m/s y en Witoszynski es de 435 m/s. La investigación de la formación del haz de partículas para la geometría de curva Bicúbica reveló que las partículas pequeñas tienen la mayor velocidad y la menor fuerza total en la salida del inyector. Las partículas finas tienen un tiempo de respuesta más corto y, por lo tanto, un área de dispersión más pequeña. El contacto partícula-superficie elasto-plástico mostró que las partículas de diámetro limitado hasta 3 m pueden alcanzar la velocidad crítica obtenida experimentalmente sin calentamiento adicional. Para tamaños de partículas superiores a 10 m, se necesita calentamiento adicional para la deposición. El coeficiente máximo de restitución (COR) se alcanza con un tamaño de partícula de 30 m; las partículas más pequeñas se caracterizan por valores de COR más bajos debido a una velocidad relativamente alta. Las partículas mayores de 30 m son escalables, se caracterizan por un pequeño cambio en la velocidad y un aumento de la temperatura a medida que aumenta su masa.

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