Метод компьютерного проектирования химического и гранулометрического состава исходных компонентов и архитектуры материала, необходимых для получения с помощью аддитивных технологий изделий с требуемыми характеристиками.

Авторы: Гусаров А.В., Хмыров Р.С., Тарасова Т.В., Ковалев О.Б., Подрабинник П.А.

Назначение: Назначение полученного научного результата заключается в построение более реалистичной модели течения газа при Селективном Лазерном Плавлении, учитывающей наличие твёрдой поверхности, и позволяющей рассчитать сдвиговые напряжения на этой поверхности, ответственные за отрыв частиц порошкового слоя и образование оголённой зоны.

Область(и) применения: Технология СЛП

Описание, характеристики: Высокоскоростная съёмка зоны лазерного воздействия при селективном лазерном плавлении (СЛП) в разнообразных режимах и для разных материалов показала, что частицы порошка, окружающие ванну расплава, не просто поглощаются ей, а движутся в её сторону. Это радиальное движение чётко проявляется при наложении последовательных кадров появлением радиальных штрихов. Это явление было впервые объяснено испарением материала при лазерном воздействии и вовлечением окружающего газа в струю пара благодаря эффекту Бернулли]. Предполагается, что именно сила сопротивления частиц потоку газа заставляет их сдвигаться с места. Поскольку скорость газа убывает с расстоянием от ванны расплава, из которой бьёт, струя пара, в движение вовлекаются лишь частицы в пределах определённого порогового расстояния от основания струи. Это течение – причина образования так называемых оголённых зон около трека переплавленного материала, формирование которых типично для СЛП [5], но не находило логичного объяснения в течение как минимум последнего десятилетия. Последние экспериментальные работы [3,4] визуализировали факел испарения и поднимаемые им частицы и позволили оценить типичную скорость струи в несколько метров в секунду. Таким образом, решающее значение газофазного течения, переносящего частицы порошка при СЛП, превратилось уже из гипотезы в экспериментально доказанный факт.

Преимущества перед известными аналогами: До сих пор теоретические представления о механизме СЛП основывались на предположении о непосредственном взаимодействии лазерного излучения с частицами порошка, приводящем к их плавлению, либо о поглощении порошкового слоя движущейся ванной расплава. Новые данные говорят о том, что ванна не соприкасается с порошковым слоем, а отдельные частицы порошка поступают в неё вместе с потоком окружающего газа, формирующимся вокруг струи испарения. Теоретические оценки газофазного течения в зоне лазерного воздействия при СЛП были выполнены с помощью точного аналитического решения уравнений Навье-Стокса, интерпретированного Ландау как струя в вязкой среде. Эта теория в целом согласуется с экспериментальной оценкой скорости струи, но точные выводы сделать нельзя, так как решение Ландау получено для струи в безграничной среде, а при СЛП струя бьёт из обрабатываемой лазером поверхности. За последний год научным коллективом проекта проведена визуализация течений газа и переносимых им частиц в зоне лазерного воздействия шлирен-методом и методом интерферометрии и теоретически исследованы течения в газе и в ванне расплава.

Правовая защита: Научно-технический отчет (этап 2), публикации.

Стадия готовности к практическому использованию: Апробация в лабораторных условиях