В основе наших работ в области АТ лежит опыт разработки компьютерного моделирования литейных процессов. При литье металлов и изготовлении детали аддитивным способом протекают схожие теплофизические и термомеханические процессы. Как следствие, в деталях возникают идентичные дефекты: пористость, напряжения, коробление, трещины, неоднородность структуры. Подобие физических процессов позволяет использовать имеющееся решения, адаптируя их с учетом масштабного фактора и специфики аддитивных технологий (АТ).

В настоящее время оптимизация процесса изготовления изделия с помощью АТ происходит в основном на базе большого количества экспериментов. Для ряда изделий опытным путем подобраны режимы, обеспечивающие бездефектное формирование. В то же время, растущая заинтересованность в аддитивных технологиях заставляет искать более эффективные пути выбора технологии выращивания детали и подбора параметров. Необходимо понимание закономерностей формирования структуры, свойств и геометрии изделия.

Компьютерное моделирование позволяет существенно снизить ресурсные затраты при производстве. Во-первых, происходит удешевление разработки целой технологии. Моделирование позволяет обосновать выбор технологических цепочек, снизить риски брака и энергозатраты, а также оптимизировать издержки при выходе на серийное производство. Во-вторых, снижается себестоимость анализа конкретной технологии изготовления изделия, т. к. качественное моделирование позволяет обосновать выбор материала, прогнозировать свойства изделия и возможные дефекты, оптимизировать ресурсы, провести анализ устойчивости технологии и т.п.

Цель моделирования АТ – анализ факторов, влияющих на:
• Образование дефектов (пористость, коробление, трещины и т.д.)
• Обеспечение соответствия по геометрии
• Производительность производства

По результатам моделирования АТ производится выбор режимов техпроцесса и оптимального диапазона параметров с учетом их взаимного влияния. Например, становится возможным принятие обоснованного решения о необходимости проведения последующей термообработки для снятия остаточных напряжений и определения её режимов.

На сегодняшний день нами реализованы следующие этапы:

  • Проведена верификация модели синтеза теплофизических свойств по химическому и фракционному составу для одного сплава.
  • Реализованы опытные версии модулей, моделирующих процессы, протекающие при работе по двум технологиям – селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное выращивание (DED).
  • Разработана модель расчета напряженно-деформируемого состояния при затвердевании металла.
  • Реализована опытная разработка – моделирование течения порошка (DEM – discrete elements model) и псевдожидкости (SPH – smoothed particles hydrodynamics) c использованием технологии CUDA, что позволит моделировать следующий важный тип дефектов: пористость, вызванная частичным  переплавлением.
  • Разработаны опытные модели роста зерен.

На видео ниже показана работа опытного Программного Обеспечения