APPLICAZIONE DELL’INGEGNERIA INTEGRATA DEI MATERIALI COMPUTAZIONALI ALLA PRODUZIONE ADDITIVA
L’ingegneria integrata dei materiali computazionali (ICME) è un campo digitale emergente che cerca di migliorare il modo in cui le cose sono progettate e fabbricate. Con PRISM2 (Partnership per la ricerca nella simulazione di produzione e materiali), l’ Università di Birmingham sta applicando l’ICME alla produzione additiva e ad altri processi.
In una recente discussione , il gruppo PRISM2 rivela i vantaggi di ICME in una struttura di produzione selettiva di fusione laser (SLM).
Attraverso la sua indagine su ICME, il team PRISM2 cerca di ridurre i tempi di commercializzazione e aumentare le prestazioni dei componenti. In particolare, sperano di creare soluzioni software CAD / CAM che creino un dialogo tra la modellazione dei componenti, la microstruttura dei materiali, le proprietà dei componenti e le nuove tecnologie di produzione.
Lavorando a stretto contatto con il Manufacturing Technology Center (MTC) e il Centro di ricerca ad alta temperatura (HTRC) di Coventry, lo sviluppo di ICME a PRISM2 mira anche a “guidare l’innovazione e aumentare la competitività nei settori manifatturieri del Regno Unito”.
Per quanto riguarda la produzione additiva, le strategie ICME di PRISM2 possono essere utilizzate per aiutare a comprendere i processi di effetto meccanico presenti su una parte e anche a determinare le cause del cracking .
Un esempio di framework ICME SLM
Applicato al processo SLM, un esempio di framework ICME potrebbe essere suddiviso come segue:
- Deposizione delle polveri, sul substrato o strato precedente, mediante simulazione del metodo degli elementi discreti (DEM).
- Dinamica del pool di fusione, che simula sia la fusione del materiale che la previsione delle transizioni solido-liquido e liquido-vapore.
- Microstrutture di solidificazione
- Ricostruzione dell’elemento volume rappresentativo (RVE), ad esempio “distribuzione di dimensioni di precipitato e granulometria e loro deviazioni medie e standard.”
- Simulazioni a campo completo
- Omogeneizzazione
- Predizione di proprietà specifiche della posizione, ovvero “la dispersione di proprietà materiali all’interno un componente fabbricato “che può essere collegato alla distribuzione e al processo utilizzato.
Includendo questi passaggi nella fase di progettazione di un componente, gli utenti finali possono migliorare la propria analisi del rischio in termini di longevità delle parti. Come affermato nella recente discussione di PRISM2, “I guadagni associati al lifing di componenti sono difficili da quantificare, ma è stato dimostrato che l’applicazione di lifing specifico per località può determinare il raddoppio della vita di componenti critici”.
Le aree di interesse particolare per PRISM2 sono l’aerospaziale e il settore energetico, e il gruppo è attualmente impegnato in un progetto collaborativo a lungo termine con Rolls-Royce.
Rolls-Royce e il suo compagno PRISM2 hanno recentemente fatto parte del progetto AMAZE , che ha cercato di sfruttare i dati del sincrotrone per contribuire a migliorare i processi di produzione additiva di metallo.
Un altro collaboratore della ricerca PRSIM2, questa volta dell’Università di Birmingham, è il professor Moataz Attallah. Il professor Attallah è il direttore dell’università Advanced Materials and Processing (AMPLab) e in precedenza ha discusso il futuro dei materiali additivi in un’intervista per l’industria della stampa 3D.
” Modellazione in mesoscala di fusione laser selettiva: fluidodinamica termica ed evoluzione microstrutturale ” è uno dei lavori recenti di PRISM2 incentrati su ICME per SLM. È pubblicato online su Computational Materials Science ed è stato co-autore di Chinnapat Panwisawas, Chunlei Qiua, Magnus J. Anderson, Yogesh Sovani, Richard P. Turner, Moataz M. Attallaha, Jeffery W. Brooks e Hector C. Basoalto.
