JP7474382B2 - 点ごとの重ね合わせ手順に基づくスケーリング方法及びそのシステム - Google Patents
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Description
本実施形態のステップ111のメソスケールモデルは、単一走査線(図3の点Aから点Bまで)によって生成される温度、応力、及び歪み場を評価する。これは、一方向結合FE熱構造シミュレーションからなる。
[CT]は、熱比熱行列であり、
{T}及び
[KT]は、熱伝導率行列であり、
{Fq}は、熱体積力ベクトル(移動する体積熱源の積分から生じる)であり、
{Fg}は、熱勾配力ベクトル(蒸発、放射、対流、及び一定温度の境界条件を受ける全ての表面を通して伝導される熱の影響を包含する)であり、
[Ku]は、構造剛性行列であり、
{u}は、節点変位ベクトルであり、
{Fu}は、構造節点荷重ベクトル(iperstatic境界条件から生じる)であり、
[KuT]は、熱弾性剛性マトリックスであり、
Trefは、熱歪を計算するために採用される基準温度である。
スケーリング手順120は、メソスケール結果に基づいてマクロスケールシミュレーション130の不適合な歪み及び初期状態131を定義することによって、メソスケール111及びマクロスケール132モデルをリンクする。
構造FEシミュレーションからなるマクロスケールシミュレーション130は、全構築プロセスを通じて変位場及び全ての導出量を推定する。
[Ku]{u}={Fu}-[KuT]{T-Tref}
ここで
[Ku]は、構造剛性行列であり、
{u}は節点変位ベクトルであり、
{Fu}は、構造節点荷重ベクトル(iperstatic境界条件から生じる)であり、
[KuT]は、熱弾性剛性マトリックスであり、
{T}は、節点温度ベクトルであり、
Trefは、熱歪を計算するために採用される基準温度である。
シミュレーション方法100は、図8A及び図8Bに表されるカンチレバー形状の試料に対して試験された。試料は、選択的レーザ溶融Inconel(登録商標)718で製造された。3Dスキャンで上部プロファイルを測定する前に、支持体をワイヤカットした。
方法100は、溶接、直接エネルギー堆積、レーザ金属堆積、熱溶解積層法(Fused Deposition Modeling)、PBF、及び他の付加製造プロセスなどの、移動熱源を使用する任意の製造プロセスをシミュレートするために適用することができる。
Claims (14)
- 材料を溶融又は焼結するように意図された移動熱源を使用する製造プロセスをシミュレートするためのコンピュータ実装方法(100)であって、前記移動熱源が所定の経路に従って駆動され、前記コンピュータ実装方法(100)が、
前記製造プロセスを行うための複数のプロセスパラメータ(141)を読み取るステップと、
前記製造プロセスをシミュレートするために材料特性(143)を読み取るステップと、
メソスケールモデル(111)を通して、所与の材料に対して使用されるプロセスパラメータ(141)の各セットについて、プロセス誘起熱履歴並びに残留応力及び歪み場を表す物理量を計算するメソスケールシミュレーション(110)を実行するステップと、
複数の要素を含む、前記製造プロセスに関与する全ての部品のマクロスケール有限要素(FE)メッシュ(144)を定義するステップと、
定義された経路(142)に基づいて、メソスケールシミュレーション結果を前記マクロスケールFEメッシュ(144)にスケーリングするステップ(120)であって、
前記定義された経路(142)に基づいて、前記マクロスケールFEメッシュ(144)の各要素の1つ以上のサンプル点における前記物理量の値を計算するステップ(123)と、
前記マクロスケールFEメッシュ(144)の各要素内で計算された前記物理量の前記値を平均化するステップ(124)と、も含む、スケーリングするステップ(120)と、
マクロスケールシミュレーション(130)を実行して、前記製造プロセス全体にわたる変位及び全ての導出された量を決定するステップと、を含む、コンピュータ実装方法(100)。 - 前記メソスケールモデル(111)は、前記移動熱源のサイズに相当する長さスケールで前記物理量を決定する、請求項1に記載のコンピュータ実装方法(100)。
- 前記物理量が、前記移動熱源の移動方向に垂直な平面(201)上でサンプリング又は計算される、請求項1又は2に記載のコンピュータ実装方法(100)。
- 前記マクロスケールFEメッシュ(144)の各要素の1つ以上のサンプル点における前記物理量の値を計算するステップ(123)の前に、前記スケーリングするステップ(120)は、
前記マクロスケールFEメッシュ(144)の各要素について1つ以上のサンプル点(121)を定義するステップと、
各サンプル点において、前記物理量の前記値を0に初期化するステップ(122)と、を更に含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法(100)。 - 前記サンプル点は、ランダムに又は規則的にのいずれかで分散される、請求項1から4のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法(100)。
- 前記移動熱源は、電磁ビーム又は電子ビームであり、前記材料は、積層される粉末である、請求項1から5のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法(100)。
- 前記プロセスパラメータ(141)が、レーザ又は電子、走査速度、ビーム直径、層厚さ、予熱温度、及び構築チャンバ雰囲気から選択される1つ以上のパラメータを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法(100)。
- 前記物理量は、単一の走査線(202)の前記メソスケールシミュレーション(110)から取得される、請求項1から7のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法(100)。
- 前記物理量は、1つ以上の補間関数(112)を定義するために使用される、請求項8に記載のコンピュータ実装方法(100)。
- 前記補間関数は、前記走査線(202)に対する位置に基づいて、弾性歪み、塑性歪み、及び最大温度を計算する、請求項9に記載のコンピュータ実装方法(100)。
- 前記補間関数(112)を記憶手段(302)に記憶するステップを含む、請求項9又は10に記載のコンピュータ実装方法(100)。
- 材料を溶融又は焼結するように意図された移動熱源を使用する製造プロセスをシミュレートするためのシステム(300)であって、前記移動熱源が所定の経路に従って駆動され、前記システム(300)が、
請求項9から11のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法のステップを遂行するコンピュータプログラムを実行するように動作可能な少なくとも1つのプロセッサ(301’)を備える処理ユニット又はコンピュータ(301)と、
前記補間関数(112)を記憶するように構成されたデータベース(302)と、
前記マクロスケールシミュレーション(130)の結果を表示、印刷、又は記憶するための少なくとも1つのデバイス(303、304、305)と、を備える、システム(300)。 - 命令を含むコンピュータプログラムであって、前記命令は、前記コンピュータプログラムがコンピュータ(301)によって実行されると、前記コンピュータ(301)に請求項1から11のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法のステップを遂行させる、コンピュータプログラム。
- コンピュータによって実行されると、前記コンピュータに請求項1から11のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法のステップを遂行させる命令を記録したコンピュータ可読記憶媒体。
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