مواد و ساخت پیشرفته

در میان فناوری‌های ساخت افزایشی (AM[1])، ذوب لیزری بستر پودری (L-PBF[2]) یکی از پرکاربردترین‌ تکنیک­ها در تولید قطعات آلیاژهای آلومینیوم است. در حالی که این فناوری فرصت استثنایی برای ساخت قطعات فلزی با شکل پیچیده فراهم می­کند، کاربرد صنعتی گسترده آن به دلیل بسیاری از مشکلات حل نشده تحقیق و توسعه هنوز محدود است. به ویژه، ارتباط بین پارامترهای فرایند، ریزساختار و خواص مکانیکی تا کنون به خوبی درک نشده است. تحقیقات جدید زیادی در این مورد در حال گسترش است.

در یکی از تازه­ ترین بررسی­ ها، در کنار روش‌های آزمایشی، شبیه‌سازی‌های عددی مبتنی بر ریزساختار به‌عنوان یک وسیله امیدوارکننده‌ برای به‌دست آوردن اطلاعات ارزشمند در مورد ارتباط بین فرایند-ریزساختار-خواص مواد در نظر گرفته شده است. در این تحقیق یک ایده جذاب مطرح شده است که بر اساس آن، بازتولید عددی کل زنجیره "فرایند ذوب لیزری بستر پودری- ریزساختار -خواص مکانیکی" که با طراحی محاسباتی امکان­ پذیر می­ شود، به عنوان جایگزینی برای تحقیقات تجربی پرهزینه مطرح شده است. برای این هدف، یک رویکرد پایه فیزیکی برای ارزیابی ارتباط بین ریزساختار و خواص قطعات از جنس AlSi10Mg تولید شده توسط ذوب لیزری بستر پودری پیشنهاد شده است. این رویکرد شامل شبیه‌سازی تکامل ریزساختار در طول فرایند و تجزیه و تحلیل میکرومکانیکی متعاقب رفتار تغییر شکل آن است. مدل ریزساختاری سه بعدی شامل استفاده همزمان از مدل انجمادی اتوماتای سلولی[3] (CA) و مدل شبیه‌سازی انتقال حرارت تفاضل محدود می­باشد. مدل CA بر اساس ویژگی­های هسته و رشد آلیاژ است و نشان داده شده است ریزساختار تولید شده از نظر ساختار دانه و بافت به خوبی با آزمایشات همسو می­باشد. تجزیه و تحلیل میکرومکانیکی برای یک ریزساختار انتخاب شده به عنوان نماینده با استفاده از محاسبات المان محدود پلاستیسیته کریستالی[4] (CP) انجام می­شود.

نتایج مدل‌های CA و CP، یک رویکرد پایه فیزیکی برای درک مقیاس دانه از ارتباط بین فرآیند-ساختار-خواص قطعات نهایی را ارائه می‌کند. کشش تک محوری در امتداد سه جهت عمود بر هم برای بررسی رفتار تغییر شکل ساختار دانه شبیه­سازی شده استفاده شده است. تجزیه و تحلیل میدان تنش و کرنش یک ناهمسانگردی اساسی از خواص مکانیکی در مقیاس دانه را نشان می­دهد. همچنین نشان داده شده است که حالت تنش-کرنش ماده تحت کشش تک محوری پیچیده است و همه اجزای تانسور تنش سهم قابل مقایسه­ ای در رفتار تغییر شکل دارند.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0020740322000388