Новая модель 3D-печати металлом повысит прочность деталей

Исследователи из МФТИ и Института автоматизации проектирования РАН представили инновационный численный метод, позволяющий моделировать процесс селективного лазерного плавления – одну из самых перспективных технологий аддитивного производства металлических изделий. Результаты работы опубликованы в журнале Mathematical Models and Computer Simulations.

Новая модель 3D-печати металлом повысит прочность деталей

Селективное лазерное плавление – это метод, при котором мощный лазерный луч слой за слоем «выжигает» деталь из металлического порошка. Такой подход открыл новые горизонты в машиностроении: теперь можно создавать изделия сложнейшей формы, которые невозможно получить традиционными способами литья или механической обработки.

Если раньше эта технология использовалась преимущественно для прототипирования, то сегодня она активно внедряется в серийное производство ответственных деталей для авиакосмической, автомобильной, медицинской и оборонной промышленности. Прямое изготовление изделий по CAD-модели, без необходимости создавать оснастку или литейные формы, делает метод экономически выгодным даже для малых партий.

Однако у технологии есть существенный недостаток: детали, полученные методом селективного лазерного плавления, часто обладают низкой усталостной прочностью – то есть быстро разрушаются при многократных нагрузках. Это особенно критично для элементов, работающих в условиях вибрации. Причина кроется в микроструктуре материала, которая формируется в процессе послойного синтеза и сильно зависит от параметров лазерного воздействия.

Российские ученые поставили задачу создать математический инструмент, который позволит заранее предсказать структуру будущего изделия и его долговечность. В основе нового подхода – трехмерное нестационарное нелинейное уравнение теплопроводности в энтальпийной формулировке. Такой метод позволяет учитывать фазовые переходы (из порошка в жидкость и далее в пар) без необходимости отслеживать точные границы раздела фаз, что значительно упрощает расчеты, не снижая их точности.

Модель учитывает даже испарение металла при высокой мощности лазера, что расширяет ее применимость для интенсивных режимов обработки. Для численного решения уравнения была использована оригинальная неявная разностная схема, обеспечивающая высокую стабильность и точность вычислений.

Разработка российских ученых позволит оптимизировать режимы 3D-печати металлом, повысить качество и надежность изделий, а также ускорить внедрение аддитивных технологий в промышленность.

Читайте также

ИИ научили восстанавливать ветхие архивы и старые газеты

ИИ научили восстанавливать ветхие архивы и старые газеты

В ТГУ создали «ферментный конструктор» для программирования вкуса еды

В ТГУ создали «ферментный конструктор» для программирования вкуса еды

Российские ученые создали адаптены – стройматериалы с программируемыми свойствами

Российские ученые создали адаптены – стройматериалы с программируемыми свойствами

В Испании собрали копию легендарного суперкомпьютера Cray-1 из 30 старых Mac mini

В Испании собрали копию легендарного суперкомпьютера Cray-1 из 30 старых Mac mini

Планшет для выращивания человеческих тканей выпустила Mitsui Chemicals

Планшет для выращивания человеческих тканей выпустила Mitsui Chemicals

Французские супермаркеты массово пострадали от хакерской атаки

Французские супермаркеты массово пострадали от хакерской атаки

Российские ученые создали гибкие мемристоры для умной одежды и медицинских имплантатов

Российские ученые создали гибкие мемристоры для умной одежды и медицинских имплантатов

Прозрачная керамика позволит наблюдать за восстановлением тканей

Прозрачная керамика позволит наблюдать за восстановлением тканей

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Хватит ли воды для городов на Луне: ученые подсчитали пределы лунной колонизации

Хватит ли воды для городов на Луне: ученые подсчитали пределы лунной колонизации

Учёные выяснили, что географические полюса Земли неоднократно меняли своё положение

Учёные выяснили, что географические полюса Земли неоднократно меняли своё положение

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Физики МГУ сократили потери света в оптических процессорах

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов

Квантовая нанофотоника повысила чувствительность биомедицинских микрочипов