Сотрудничество группы исследователей из Токийского научного университета и Суваского научного университета в Японии с компанией TOCALO Co. Ltd. направлено на развитие технологии DED за счет использования цифрового двойника.

Во время процесса DED осуществляется плавление металлических частиц и сплавление их для создания 3D-объекта, что очень похоже на обычную печать металлом, за исключением того, что для процесса DED не требуется печатная платформа. Создавать ванну расплава можно по изогнутой траектории за пределами камеры сборки, что означает, что технологию можно использовать для ремонта металлических компонентов на месте путем нанесения металлических порошков на ремонтируемую поверхность.

DED предлагает преимущества по сравнению с другими методами 3D-печати, поскольку позволяет производить более компактное оборудование и сокращать отходы металлического порошка. Однако до сих пор оптимизация была в значительной степени сложной задачей, требующей большого количества проб и ошибок для получения наилучших результатов.

Чтобы уменьшить количество предположений, необходимых для процесса, исследователи разработали цифровой двойник технологии обработки сердечника, основанной на плавлении металла в области, подлежащей ремонту.

Фото: Трехмерный численный анализ процесса DED (Изображение предоставлено Токийским научным университетом)

Этот цифровой двойник фактически представлял собой систему числового анализа трехмерной обработки, которая использовала математическую модель процесса DED и автоматически генерировала область осаждения металлического порошка с помощью алгоритма death-birth. Система смогла применить модели теплового излучения, теплопроводности и вязкопластичности/термопластичности к области осаждения, что позволило точно смоделировать весь процесс изменения состояния от плавления до затвердевания.

Включив эти модели в программу анализа методом конечных элементов, команда смогла заранее предсказать условия процесса формования, распределение температуры, состояние деформации и распределение остаточного напряжения, которые затем были проверены в ходе экспериментов.

В целом исследователи продемонстрировали, что DED превосходит другие методы ремонта с точки зрения межфазной прочности, более низких остаточных напряжений в наплавленном слое и других улучшенных механических свойств.

Фото: DED стал более эффективным благодаря цифровому двойнику с поддержкой FEA. (Изображение предоставлено Токийским научным университетом)

Этот цифровой двойник имеет потенциал для различных промышленных применений, таких как устранение кавитационных утонений на лопатках электростанций и снижение остаточной деформации после ремонта утонений на лопатках ротора газовой турбины. Благодаря возможностям автоматизации и прогнозирования система численного анализа механической обработки делает технологию ремонта DED более эффективной и устойчивой.

Источник