Моделирование теплопроводности порошковой среды применительно к задаче селективного лазерного плавления

Abstract

Скорость и стоимость внедрения в производство новой техники напрямую зависят от эффективности работы каждой технологической цепочки на всех этапах от конструирования и проектирования изделия до создания его первоначального макета в натуральную величину. Резко ускорить прохождение этих этапов помогают высокотехнологичные методы 3-мерного компьютерного моделирования и создания твердых копий деталей машин. В настоящее время во всем мире проводятся интенсивные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы не только по созданию новых, но и по совершенствованию развитых ранее технологических методик и систем послойного лазерного синтеза объемных изделий (ЛСОИ) деталей машин. Методы селективного лазерного спекания (СЛС), плавления (СЛП) и трехмерной лазерной наплавки (DMD) являются одним из наиболее перспективных способов реализации технологии быстрого прототипирования. Поэтому изучение данной темы на данный момент является актуальным. В настоящее время в ряде отраслей промышленности имеются большие тепловые потоки от одной поверхности к другой, вследствие чего даже незначительные контактные сопротивления вызывают местные перегревы, что часто крайне нежелательно. В работе была изучена эффективная теплопроводность зернистых систем, которая рассматривалась как функция пористости, теплопроводности газа, заполняющего поры материала, теплопроводности газового микрозазора, теплопроводности самих частиц и контактной теплопроводности на стыке частиц. Для теоретических исследований процессов селективного лазерного спекания необходимым является разработка методов описания эффективных коэффициентов теплопроводности (ЭКТ) порошковой среды, которые учитывают, что при нагреве может происходить частичное или полное плавление материала сфер, приводящее к изменению структуры среды. Отсюда следует важное требование к моделям ЭКТ: структурная модель в пределе полного плавления материала твердых частиц должна давать значение эффективной теплопроводности, которое сшивается с эффективной теплопроводностью, даваемой бесструктурной моделью. Для случая полного плавления частиц предлагается метод расчета эффективной теплопроводности расплава с газовыми включениями, который описан в работе. The speed and the cost of implementation of new techniques are directly dependent on the efficiency of each of the technological chain at all stages, from design and product design to create of its original mockup in full value. Dramatically accelerate the passage of these steps help to high-tech methods of 3-D computer modeling and the creation of hard copies of machine parts. Currently all over the world carry out intensive scientific research and experimental structure work not only on the creation of new, but also on the improvement technology previously developed of methods and layered systems of laser synthesis of volume products (LSOI) machine parts. Methods of selective laser sintering(SLS), melting (SLM) and a three-dimensional laser melting (the DMD) is one of the most promising ways to implement rapid prototyping technology[1]. There fore, the study of this topic at this point is urgent. Currently in many industries, are large heat flows from one surface to another, whereby even slight contact resistance causes local overheating, which is often highly undesirable. In this work was to study the effectiveness the thermal conductivity of granular systems, which was seen as a function of porosity, thermal conductivity, filling the pores of the material, the thermal conductivity of the gas microgap, the thermal conductivity of the particles themselves and contact the thermal conductivity at the junction of the particles. For theoretical studies of selective laser sintering it is necessary to develop methods to describe the effective thermal conductivity (EKT) powder medium, which take into account, that heating the partial or complete melting of the material areas may occur, resulting in a change in the structure of the medium. This implies an important requirement for EKT model: structural model in the limit of the total melting particulate material should give a value of the effective thermal conductivity, which is cross-linked with an effective thermal conductivity given by non-structured model. For the case of complete melting particles melt method is proposed for calculating the effective thermal conductivity gas as described in work.