Моделювання деформації порошкового середовища в технології інжекційного 3D-друку

Анотація

Стаття присвячена дискретно-елементному моделюванню поведінки гранульованого середовища в технології інжекційного 3D-друку. Головна особливість цієї технології полягає в адитивному нарощуванні заготовки тонкими шарами порошку і склеюванні зв’язкою тих елементів шарів, які відповідають заданій формі заготовки. За вимогами технології, товщина нанесених шарів не може перевищувати трьох діаметрів частинок порошку. Це призводить до появи розмірних ефектів і унеможливлює континуальне моделювання. Дискретне моделювання порошку дозволяє передбачити взаємний рух частинок під час їх нанесення та вирівнювання, оцінити перерозподіл густини та зсувні деформації в шарі порошку. Для забезпечення рівномірності адитивного нанесення шарів порошку на кожному кроці здійснюється їх вирівнювання лезом, що рухається вздовж нанесеного шару порошку. Встановлено, що викривлення вже склеєних елементів заготовок в підповерхневих шарах порошкового насипу залежить від ширини леза, яке використовують для вирівнювання поверхневого шару: якщо ширина леза значно переважає розмір частинок порошку, гранульований насип зазнає значних збурень. Запропоновано емпіричне рівняння, що пов’язує викривлення тонкостінних заготовок під впливом поверхневого вирівнювання з шириною леза та товщиною шару нанесеного порошку. Показано, що викривлення обернено пропорційне товщині адитивного шару і прямо пропорційне кількості порошку, яке зміщується лезом при вирівнюванні. Досліджено вплив параметрів нанесення порошку на розподіл густини в порошковому насипі. Проведено порівняння результатів моделювання і експериментальних даних, отриманих при інжекційному 3D-друці керамічних заготовок. Всі обчислення здійснені за допомогою відкритої бібліотеки програм «Open Source Bullet Physics SDK Library», що дозволило дослідити динаміку деформування гранульованого середовища з урахуванням тертя та розсіяння енергії при взаємодії частинок порошку.