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

Abstract

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.