بهینه سازی گرادیان حرارتی با تغییر پارامترهای دمایی برای فرآیند ساخت افزودنی به کمک لیزر بر پایه پودر پلی آمید-12 با استفاده از مدل عددی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد/ دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 استادیار دانشگاه شریف

3 استاد دانشگاه صنعنی شریف

چکیده

ساخت افزودنی به کمک لیزر بر پایه پودر، یکی از روشهای کارآمد ساخت لایه ای است که با استفاده از توان بالای لیزر در ساخت قطعات پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد. تنش‌های حرارتی ناشی از لیزر موجب بروز اعوجاج و انقباض در قطعه می‌شود. تنش‌های حرارتی لیزر از گرادیان‌های حرارتی که توسط لیزر و سایر پارامترهای دستگاه بوجود می‌آیند، ناشی می‌شود. کاهش گرادیان‌های حرارتی موجب کاهش تغییر شکل‌ها در قطعه و افزایش دقت ساخت می‌شود. هدف از این مقاله تعیین پارامترهای دمایی شامل دمای پیش گرم یا دمای بستر پودر، دمای محیط، توان اسکن و قطر لکه است به نحوی که گرادیان دمایی کمینه گردد. مدلسازی المان محدود فرآیند تفتجوشی لیزر انتخابی برای پودر پلی آمید-12 انجام شده است. گرادیان حرارتی با تغییر پارامترهای دمایی بر مبنای مدل دمایی اجزاء محدود فرآیند و روش طراحی آزمایش تاگوچی بهینه سازی می‌شود. به منظور رسیدن به این هدف، ابتدا شبیه سازی المان محدود فرآیند تفتجوشی انتخابی به کمک لیزر برای پودر پلی آمید-12 انجام می‌شود. جهت صحه گذاری شبیه سازیها، تست تجربی توسط دستگاه تفتجوشی انتخابی به کمک لیزر انجام شده و نتایج حاصل با مدل المان محدود مقایسه می‌گردد. سپس با استفاده از روش تاگوچی، آزمایشات در سطوح مختلف طراحی می‌شود و پارامترهای دمایی بهینه فرآیند بدست می‌آید. مطابق با نتایج حاصل، پارامترهای بهینه برای کمینه کردن گرادیان حرارتی در دمای پیش گرم 451K، دمای محیط 359K، توان لیزر 10W و قطر لکه 0.5mm بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimized thermal gradient by changing temperature parameters for laser-assisted additive manufacturing process based on polyamide-12 powder using numerical model

نویسندگان [English]

  • ahmad manshoori yeganeh 1
  • saeed khodaygan 2
  • Mohammad Reza Movahhedy 3
1 Department of Mechanical engineering, Sharif University of technology, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of Mechanical engineering, Sharif University of technology
3 full Professor, Department of Mechanical engineering, Sharif University of technology
چکیده [English]

The laser-assisted additive manufacturing based on the powder is an efficient layer manufacturing process that uses a high-energy laser for the fabrication of polymeric components. The thermal stresses of the laser arise from the thermal gradients generated by the laser and other parameters of the device. Reducing thermal gradients decreases the deformations in the part and increases the fabrication accuracy. The main aim of this paper is to determine the temperature parameters including the preheating temperature or the powder bed temperature, the ambient temperature, scanning power and spot diameter in such a way that the temperature gradient is minimized. The finite element modeling is performed for the selective laser sintering process for polyamide-12 powder. In this paper, thermal gradient by changing temperature parameters based on the temperature model of the finite element and Taguchi experimental design is optimized. In order to reach this aim, the finite element simulation of the selective laser sintering process is first carried out for polyamide-12 powder. In order to verify the simulations, the experimental test is performed by a selective laser sintering device and the obtained results are compared with the finite element model. Then, using the Taguchi method, experiments are designed at the different levels and optimal temperature parameters are obtained. According to obtained results, optimal parameters were obtained to minimize thermal gradients at 451K preheat temperatures, 359K ambient temperature, 10W laser power, and 0.5mm spot diameter.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal Gradient
  • Temperature Parameters
  • Selective Laser sintering
  • finite element modeling
  • Additive Manufacturing