Powder bed fusion additive manufacturing (PBFAM) of metals has the potential to enable new paradigms of product design, manufacturing and supply chains while accelerating the realization of new technologies in the medical, aerospace, and other industries. Currently, wider adoption of PBFAM is held back by difficulty in part qualification, high production costs and low production rates, as extensive process tuning, post-processing, and inspection are required before a final part can be produced and deployed. Physics-based modeling and predictive simulation of PBFAM offers the potential to advance fundamental understanding of physical mechanisms that initiate process instabilities and cause defects. In turn, these insights can help link process and feedstock parameters with resulting part and material properties, thereby predicting optimal processing conditions and inspiring the development of improved processing hardware, strategies and materials. This work presents recent developments of our research team in the modeling of metal PBFAM processes spanning length scales, namely mesoscale powder modeling, mesoscale melt pool modeling, macroscale thermo-solid-mechanical modeling and microstructure modeling. Ongoing work in experimental validation of these models is also summarized. In conclusion, we discuss the interplay of these individual submodels within an integrated overall modeling approach, along with future research directions.


翻译:以物理为基础的模型模拟和预测模拟PBFAM有可能增进对启动过程不稳定和造成缺陷的物理机制的基本了解;反过来,这些洞察力有助于将过程和原料参数与由此产生的部分和物质特性联系起来,从而预测最佳加工条件,激励改进加工硬件、战略和材料的开发;这项工作介绍了我们研究小组在模拟金属PBFAM进程模型方面的最新发展情况,该模型涉及长尺度,即中层粉末模型、中层熔化池模型、大型热-固体模型模型和微结构模型。

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