A Fluid-Dynamic Numerical Model for the Selective Laser Melting of High-Thickness Metallic Layers

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Cordovilla Baró, Francisco; Garzón, Miguel; Muñoz, Diego Alejandro; Díaz, Javier; García Beltrán, Ángel y Ocaña Moreno, José Luis (2017). A Fluid-Dynamic Numerical Model for the Selective Laser Melting of High-Thickness Metallic Layers. En: "LiM 2017 International conference on Lasers in Manufacturing", 26/29.06.2017, Munich - Germany. pp. 1-10.​

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La productividad en el proceso de fusión selectiva por láser (SLM) está directamente relacionada con el espesor del lecho de polvo que se aplica repetidamente, en cada incremento, en el crecimiento del material consolidado en el proceso de manufactura aditiva. Aunque la mayoría de los fenómenos relevantes (difusividad limitada asociada al contacto de partículas, cambios de fase, gradientes de tensión superficial asociados con la convección de Marangoni, o incluso la presión de retroceso) se consideran en modelos con espesores de lecho pequeño (aproximadamente 20 μm y 40 μm), en el caso de grandes espesores (entre 100 μm y 200 μm) estos factores influyen fuertemente en el tamaño y la forma del baño de fusión, lo que conduce a una geometría no trivial del material consolidado.

El presente trabajo propone el uso del método arbitrario de Lagrangean-Eulerian (método ALE) para resolver las ecuaciones térmicas y de Navier-Stokes en el marco de una discretización de movimiento libre para predecir simultáneamente la evolución de la temperatura espacio-temporal y la dinámica asociada de baño de fusión. Permite usar un dominio continuo para representar el lecho de polvo, que, en lugar de un enfoque de modelo de partículas, es ventajosamente compatible con parámetros de proceso realistas, donde el láser cubre largas trayectorias. El modelo fue validado con datos experimentales usando Inconel como material de trabajo, mostrando un buen grado de ajuste.

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