付加製造における結合マイクロ流体-粉体動力学のための多目的SPHモデリングフレームワーク:バインダジェット,材料ジェット,指向性エネルギー堆積および粉体層融合【JST・京大機械翻訳】

Fuchs Sebastian L.; Praegla Patrick M.; Cyron Christian J.; Wall Wolfgang A.; Meier Christoph

プレプリント

J-GLOBAL ID：202202201899576080 整理番号：22P0023914

付加製造における結合マイクロ流体-粉体動力学のための多目的SPHモデリングフレームワーク:バインダジェット,材料ジェット,指向性エネルギー堆積および粉体層融合【JST・京大機械翻訳】

A Versatile SPH Modeling Framework for Coupled Microfluid-Powder Dynamics in Additive Manufacturing: Binder Jetting, Material Jetting, Directed Energy Deposition and Powder Bed Fusion

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発行年： 2022年01月05日プレプリントサーバーでの情報更新日： 2022年01月22日
JST資料番号： O7000B 資料種別：プレプリント
記事区分：プレプリント発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

多くの添加剤製造(AM)技術は粉末原料に依存し,溶融あるいはその後の焼結による化学的結合のいずれかによって最終部分を形成する。両事例において,プロセス安定性および結果としての部品品質は,粉末粒子と流体相,すなわち溶融金属または液体バインダの間の動的相互作用に依存する。本研究は,熱毛管流と可逆相転移を含む,そのような結合ミクロ流体-粉体動力学問題をシミュレートするための多目的計算モデリングフレームワークを提案した。特に,液相と気相は,基板温度依存性表面張力と濡れ効果を同時に考慮しながら,基板と移動粉末粒子から成る固相と相互作用する。レーザ-金属相互作用の場合,急速蒸発の影響は付加的機械的及び熱的界面フラックスを通して取り込まれた。すべての位相ドメインは,平滑化粒子流体力学を用いて空間的に離散化される。この方法のLagrange特性は動的に変化する界面トポロジーの文脈において有益である。計算スキームのロバスト性に重要な相転移の定式化において特別な注意を払った。基本的なモデル方程式は非常に一般的な性質であるが,提案フレームワークは様々なAMプロセスのメソスケールモデリングに特に適している。この目的のために,計算モデリングフレームワークの普遍性とロバスト性を,特定のAMプロセス結合材噴射,材料噴流,有向エネルギー沈着,および粉体床溶融を表すいくつかの応用動機例によって実証した。その中で,粉末床溶融におけるバインダ噴流または蒸発誘起反跳圧力における液滴の動的衝撃が,粉体運動,粉末充填構造の歪み,および粉末粒子放出をもたらすかを示した。【JST・京大機械翻訳】

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固体の製造・処理一般 , 圧粉,焼結

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