Un Nuevo Enfoque de Diseño Digital para la Fabricación Aditiva de Metales para Abordar los Efectos Térmicos Locales
Autores: I. Perumal, Vignesh; R. Najafi, Ahmad; Kontsos, Antonios
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Un Nuevo Enfoque de Diseño Digital para la Fabricación Aditiva de Metales para Abordar los Efectos Térmicos Locales
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Fiabilidad
Calificación de rendimiento
Piezas metálicas fabricadas aditivamente
Acumulaciones térmicas locales
Enfoque de diseño digital
Simulaciones de procesos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
La fiabilidad y la calificación del rendimiento de las piezas metálicas fabricadas aditivamente son críticas para su uso exitoso y seguro en aplicaciones de ingeniería. En los actuales procesos de fabricación aditiva de metal por fusión en lecho de polvo, las acumulaciones térmicas locales afectan las características de la microestructura del material, la calidad e integridad general de la pieza, así como el comportamiento mecánico a granel. Para abordar tales desafíos, la investigación presentada en este manuscrito describe un nuevo enfoque de diseño digital que combina la optimización topológica, simulaciones de procesos y optimización del tamaño de la red para abordar los efectos térmicos locales causados durante la fabricación. Específicamente, se introducen redes en regiones de geometrías optimizadas topológicamente donde se predicen acumulaciones térmicas locales utilizando las simulaciones de procesos, con el objetivo general de mitigar altos gradientes térmicos. Los resultados presentados demuestran que el enfoque de diseño digital propuesto reduce las acumulaciones térmicas locales mientras logra métricas de rendimiento mecánico objetivo. También se proporciona una discusión sobre cómo se podrían considerar los efectos del tratamiento térmico posterior a la fabricación, así como comentarios sobre la implementación computacional del enfoque propuesto.
Descripción
La fiabilidad y la calificación del rendimiento de las piezas metálicas fabricadas aditivamente son críticas para su uso exitoso y seguro en aplicaciones de ingeniería. En los actuales procesos de fabricación aditiva de metal por fusión en lecho de polvo, las acumulaciones térmicas locales afectan las características de la microestructura del material, la calidad e integridad general de la pieza, así como el comportamiento mecánico a granel. Para abordar tales desafíos, la investigación presentada en este manuscrito describe un nuevo enfoque de diseño digital que combina la optimización topológica, simulaciones de procesos y optimización del tamaño de la red para abordar los efectos térmicos locales causados durante la fabricación. Específicamente, se introducen redes en regiones de geometrías optimizadas topológicamente donde se predicen acumulaciones térmicas locales utilizando las simulaciones de procesos, con el objetivo general de mitigar altos gradientes térmicos. Los resultados presentados demuestran que el enfoque de diseño digital propuesto reduce las acumulaciones térmicas locales mientras logra métricas de rendimiento mecánico objetivo. También se proporciona una discusión sobre cómo se podrían considerar los efectos del tratamiento térmico posterior a la fabricación, así como comentarios sobre la implementación computacional del enfoque propuesto.