Modelo numérico para la caracterización termo-fluídica del proceso de Fusión Selectiva por Láser

Abstract

La productividad en el proceso de Fusión Selectiva por Láser (SLM por sus siglas en inglés) está directamente relacionada con el espesor del lecho de polvo que se aplica repetidamente, en cada incremento, en el crecimiento del material consolidado durante la fabricación por capas de la pieza. 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 conocida como Recoil Pressure), se consideran en los modelos con un pequeño espesor de capa (aproximadamente 20 μm - 40 μm), en el caso de espesores más grandes (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 final. El presente trabajo propone el uso del método conocido como Arbitrary Lagrangean-Eulerian (método ALE) para resolver las ecuaciones térmicas y de Navier-Stokes en el marco de una discretización dotada de movimiento libre para predecir simultáneamente la evolución espacio-temporal de la temperatura y la dinámica asociada del baño de fusión. De este modo es posible usar un dominio continuo para representar el lecho de polvo, que, en lugar de un enfoque basado en la representación de las partículas, es ventajosamente compatible con parámetros de proceso realistas, donde el láser cubre largas trayectorias.