Исследование методов повышения надежности и производительности численных моделей оптимизации микроструктурных свойств в лазерном аддитивном производстве сложных деталей для аэрокосмических применений.

Проект направлен на численное исследование микроструктурных свойств при лазерном воздействии на металлические подложки в процессе скоростного создания 3D деталей из титановых порошков. Существующие гидродинамические модели для многофазных течений часто используют метод сквозного счета, и требуют значительного времени расчета, что затрудняет их активное инженерное применение. Фундаментальным негативным фактором, замедляющим скорость расчетов, являются паразитные течения, влияние которых требуется снизить для создания производительной модели. Планируется разработка производительной численной модели газо-порошковой лазерной наплавки (ЛН) способную прогнозировать микроструктуру наплавленного слоя с учетом влияния связанных тепловых и гидродинамических процессов. Главный вызов при численном моделировании - это соответствие созданных моделей реальной ситуации, поэтому также планируется проведение тщательной верификации и валидации, как отдельных физических явлений ЛН, так и всей модели целиком. Для этого одиночные валики будут наплавлены зарубежным партнером при разных технологических параметрах процесса. Будут исследованы выходные параметры валика (степень перемешивания, ширина и высота наплавки, средний размер зерен). Термические и кинетические параметры расчетов будут скорректированы в соответствии с полученными экспериментальными результатами. Будет проведено исследование и оптимизация параметров газовой среды и стратегии выращивания с точки зрения получаемой микроструктуры. При помощи разработанной модели на этапе планирования процесса ЛН будет проведена оптимизация выращивания сложных деталей из новых материалов. Применение численных методов для тестирования проблемных участков детали, которые могут быть определены и устранены на этапе подготовки модели к выращиванию, может дать толчок развитию качества и гибкости прямого производства 3D деталей.