Numerical investigation of the influence of electron beam acceleration voltage in powder based additive manufacturing processes
Fuad Osmanlic, Alexander Klassen, Thorsten Scharowsky, Carolin Körner
Powder-bed based additive manufacturing with selective electron beam melting is a highly complex process. Determining the parameters for good quality parts is of prime importance. To identify the process window, the process is modeled at a mesoscopic scale. The full set of equations for thermo- and hydrodynamics is solved, considering most notably phase change, electron beam absorption with depth-dose profiles, free surface movement and stochastic powder particle distribution. The influence of an increase in electron beam acceleration voltage from commercially available 60 kV to 120 kV on consolidation of the powder is investigated by numerical means. An improvement of consolidation behavior by an extension of the processing window is demonstrated numerically for Ti-6Al-4V. Thus, the potential for higher acceleration voltages for future machine design is shown.
Адитивното производство, в което се използва добавяне на метал и прахово ложе със селективно топене с електронен лъч е изключително сложен процес. Изборът на параметрите на процеса за получаване на добро качество на получаваните детайли е от първостепенно значение. За идентифициране прозореца на процеса, процесът се моделира в мезоскопичен мащаб. Пълният набор от топло- и хидро-динамични уравнения е решен, като се има предвид най-вече фазовите промени, поглъщането на електрони с профили „дълбочина доза”, свободното движение на повърхността и стохастичното разпределение на праховите частици. Влиянието на нарастване на ускоряващото напрежение на електронния сноп от търговски достъпното 60 kV до 120 kV за консолидацията на праха се изследва с числени средства. Едно подобрение на поведението на консолидация чрез разширяване на прозореца на обработка се демонстрира числено за Ti-6Al-4V. По този начин, е показан потенциалът за използване на по- високи ускоряващи напрежения при бъдещо проектиране на машини за адитивно производство с добавяне на метални прахове.
Cite this article as:
Osmanlic F., Klassen A., Scharowsky T., Körner C. Numerical investigation of the influence of electron beam acceleration voltage in powder based additive manufacturing processes. Journal – Electrotechnica & Electronica (Е+Е), Vol. 51 (5-6), 2016, pp. 31-35, ISSN: 0861-4717 (Print), 2603-5421 (Online)
