Na Uniwersytecie Michigan opracowano oprogramowanie optymalizujące ścieżki ruchu lasera, zapobiegające akumulacji ciepła i powstawaniu odkształceń w procesie druku przestrzennego w technologii laserowego przetopu sproszkowanych metali (Laser Powder Bed Fusion). Oprogramowanie nazwano Smart Scan i poddano testom praktycznym. W porównaniu z konwencjonalnym procesem LPBF, druk z wykorzystaniem zoptymalizowanych przez Smart Scan ścieżek ruchu lasera wykazał się o 41% korzystniejszym rozkładem temperatur i redukcją odkształceń o 47%.
Wykorzystywana w wielu sektorach produkcji przemysłowej technologia LPBF pozwala na druk części o skomplikowanej geometrii, trudnej do otrzymania konwencjonalnymi technikami wytwórczymi. Podstawowe parametry technologiczne w druku metodą LPBF, obok charakterystyki metalicznego proszku, dotyczą energii wiązki laserowej i ruchu głowicy lasera. Odpowiedni dobór tych parametrów pozwala uniknąć defektów w drukowanym wyrobie. Jak wyjaśnia prof. Chinedum Okwudire z wydziału inżynierii mechanicznej U-M, jest to szczególnie trudne dla wydruków cienkościennych.
Opracowane oprogramowanie analizuje rozkład temperatur w drukowanej części i optymalizuje ścieżki ruchu głowicy laserowej w taki sposób, by zapobiec nagromadzeniu ciepła w krytycznych punktach modelu. W przeciwieństwie do wielu dotychczasowych algorytmów optymalizacji, Smart Scan uwzględnia zarówno geometrię modelu, jak i właściwości termiczne danego materiału, z uwzględnieniem przewodzenia ciepła i konwekcji. W rezultacie możliwe jest bardziej równomierny rozkład temperatur w obrębie drukowanego elementu.
Początkowo podczas badań oprogramowania Smart Scan przeprowadzono testy na płaskich próbkach z blachy, na których poprowadzono ścieżki ruchu głowicy lasera, porównując ścieżki konwencjonalne i zoptymalizowane przez Smart Scan. Testy wykonano w komorze roboczej drukarki LPBF z wykorzystaniem kamery termowizyjnej. Obecnie trwają dalsze prace rozwojowe we współpracy z partnerami przemysłowymi. Sukces tego projektu i podobnych inicjatyw będzie istotny dla dalszego upowszechnienia wytwarzania przyrostowego w produkcji przemysłowej.
news.umich.edu
E. Okwudire et al., SmartScan: An intelligent scanning approach for uniform thermal distribution, reduced residual stresses and deformations in PBF additive manufacturing, Additive Manufacturing, Vol. 52, 2022, 102643
