Modélisation par éléments finis (FEM) du comportement thermique des pièces imprimées en 3D lors du dépôt d’énergie dirigée (DED)

La fabrication additive (FA) est une technologie innovante et prometteuse qui permet de créer des géométries complexes avec une grande précision. Cependant, les pièces fabriquées à l’aide de cette technologie présentent des contraintes résiduelles et des déformations, ce qui entrave son adoption à grande échelle. Le dépôt sous énergie dirigée (DED) se distingue comme une technique de FA prometteuse, offrant un taux de dépôt élevé par rapport à d’autres procédés de FA. Le DED utilise une source d’énergie focalisée, telle qu’un laser ou un faisceau d’électrons, pour faire fondre le matériau au fur et à mesure de son dépôt, permettant ainsi la création et la réparation de géométries complexes. La flexibilité dans l’utilisation des matériaux et la capacité à contrôler la microstructure pendant le processus rendent le DED plus adapté aux applications de haute performance dans les industries aérospatiale, automobile et biomédicale. La modélisation par éléments finis (FEM) du processus de DED peut prédire le bain de fusion et le profil de température sans avoir besoin d’expérimentations extensives, ce qui permet d’économiser considérablement du temps, des matériaux et de l’argent. Dans la présente étude, la FEM d’un processus de DED à grande épaisseur de couche est développée en utilisant le modèle de source de chaleur gaussienne pour étudier l’effet de différents paramètres de processus. Le modèle vise à améliorer la compréhension du comportement thermomécanique pendant le processus de DED et à optimiser les paramètres du processus pour améliorer la qualité et la performance des pièces.

Additive manufacturing (AM) is an innovative and promising technology that can create complex geometries with great precision. However, parts manufactured using this technology exhibit residual stresses and distortions, which hinder widespread adoption. Directed energy deposition (DED) stands out as a promising AM technique, offering a high deposition rate compared to other AM processes. DED uses a focused energy source, such as a laser or electron beam, to melt material as it is deposited, enabling the creation and repair of complex geometries. The flexibility in material usage and the ability to control the microstructure during the process makes DED suitable for high-performance applications in aerospace, automotive, and biomedical industries. Finite element modeling (FEM) of the DED process can predict the melt pool, and temperature profile without extensive experimentation, saving considerable time, material, and money. In the current study, the FEM of a high-layer thickness DED process is developed using the Gaussian heat source model to investigate the effect of different process parameters. The model aims to enhance understanding of the thermomechanical behavior during the DED process and to optimize process parameters for improved part quality and performance.

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