26 maja 2022

 

Oprogramowanie do optymalizacji druku 3D metodą LPBF
E. Okwudire et al., SmartScan: An intelligent scanning approach for uniform thermal distribution, reduced residual stresses and deformations in PBF additive manufacturing, Additive Manufacturing, Vol. 52, 2022, 102643

Na Uniwersytecie Michigan opracowano oprogramowanie optymalizujące ścieżki ruchu lasera, zapobiegające akumulacji ciepła i powstawaniu odkształceń w procesie druku przestrzennego w technologii laserowego przetopu sproszkowanych metali (Laser Powder Bed Fusion). Oprogramowanie nazwano Smart Scan i poddano testom praktycznym. W porównaniu z konwencjonalnym procesem LPBF, druk z wykorzystaniem zoptymalizowanych przez Smart Scan ścieżek ruchu lasera wykazał się o 41% korzystniejszym rozkładem temperatur i redukcją odkształceń o 47%.

Wykorzystywana w wielu sektorach produkcji przemysłowej technologia LPBF pozwala na druk części o skomplikowanej geometrii, trudnej do otrzymania konwencjonalnymi technikami wytwórczymi. Podstawowe parametry technologiczne w druku metodą LPBF, obok charakterystyki metalicznego proszku, dotyczą energii wiązki laserowej i ruchu głowicy lasera. Odpowiedni dobór tych parametrów pozwala uniknąć defektów w drukowanym wyrobie. Jak wyjaśnia prof. Chinedum Okwudire z wydziału inżynierii mechanicznej U-M, jest to szczególnie trudne dla wydruków cienkościennych.

Opracowane oprogramowanie analizuje rozkład temperatur w drukowanej części i optymalizuje ścieżki ruchu głowicy laserowej w taki sposób, by zapobiec nagromadzeniu ciepła w krytycznych punktach modelu. W przeciwieństwie do wielu dotychczasowych algorytmów optymalizacji, Smart Scan uwzględnia zarówno geometrię modelu, jak i właściwości termiczne danego materiału, z uwzględnieniem przewodzenia ciepła i konwekcji. W rezultacie możliwe jest bardziej równomierny rozkład temperatur w obrębie drukowanego elementu.

Oprogramowanie do optymalizacji druku 3D metodą LPBF próbki

Początkowo podczas badań oprogramowania Smart Scan przeprowadzono testy na płaskich próbkach próbkach z blachy, na których poprowadzono ścieżki ruchu głowicy lasera, porównując ścieżki konwencjonalne i zoptymalizowane przez Smart Scan. Testy wykonano w komorze roboczej drukarki LPBF z wykorzystaniem kamery termowizyjnej. Obecnie trwają dalsze prace rozwojowe we współpracy z partnerami przemysłowymi. Sukces tego projektu i podobnych inicjatyw będzie istotny dla dalszego upowszechnienia wytwarzania przyrostowego w produkcji przemysłowej.

news.umich.edu