Experimental and numerical comparison of heat accumulation during laser powder bed fusion of 316L stainless steel

有限元法 融合 材料科学 微观结构 计算机模拟 机械 复合材料 结构工程 工程类 物理 语言学 哲学
作者
Mohsin Ali Chaudry,Gunther Mohr,Kai Hilgenberg
出处
期刊:Progress in additive manufacturing [Springer Science+Business Media]
卷期号:7 (5): 1071-1083 被引量:38
标识
DOI:10.1007/s40964-022-00282-x
摘要

Abstract Heat accumulation during laser powder bed fusion (LPBF) of metallic build parts can adversely affect their microstructure and mechanical properties. To study the heat accumulation during 316L steel based parts manufactured by LPBF, a finite element method (FEM) based numerical study is carried out. For the investigation, a computationally efficient FEM based model, where the whole layer is simultaneously exposed to a heat source, is used. The simulation results are compared with experimental results to validate the numerical model. While considering different influencing factors such as volumetric energy density (VED) and inter-layer time (ILT), the FEM model is shown to successfully simulate the process of heat accumulation during LPBF based manufacturing of a cuboidal shaped geometry. It is shown that ILT and VED have a significant effect on heat accumulation. The validated numerical model provides a good basis for the optimization of processing parameters and geometries for a future investigation of a reduction of heat accumulation effects. Furthermore, it can be used to quickly provide preheating boundary conditions for detailed investigations by different model approaches at a finer scale for future studies.
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