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Authors
Abstract(s)
Additive manufacturing represents a powerful tool for the production of lightweight and optimised aerospace components capable of enabling an overall mass reduction of the system
they are embedded in and, consequently, minimising fuel consumption and pollutant emissions. In particular, combining additive methods with titanium alloys is an attractive solution
for saving weight while ensuring structural integrity due to their outstanding specific mechanical properties. The problems associated with the manufacturing of titanium by traditional processes, namely the waste of raw material in relation to the material actually utilised,
can be solved by the adoption of additive methods, in particular Selective Laser Melting.
Active Space Technologies has been investigating additivetitanium solutions in the scope
of the ADVANSS project whose aim was the research, development and manufacturing of
a support structure, the Large Lens Mounting. However, the considerable heat exchanges
between the substrate, the powder bed, the melt pool and the surrounding environment involved in the process are responsible for inducing large stress concentrations that may cause
part failure.
The main objective of this work is the development of a thermoelastic model capable of replicating the phenomena occurring during Selective Laser Melting, including material melting
and subsequent cooling, with good flexibility in parameter variation. By predicting thermal
stresses induced during manufacturing, it is possible to establish a set of process parameters
capable of mitigating part imperfections. A series of complementary goals have been proposed as well: carrying out parametric studies to predict stresses induced by a specific set
of parameters for a single layer, and later of a whole component, with n layers; building a
hierarchy of parameters according to their ability to minimise stresses; and enriching Active
Space Technologies expertise in additive manufacturing technologies.
The prospect is that the knowledge acquired with this project contributes to the development
of a similar model that would optimise the fabrication process of the Large Lens Mounting.
O fabrico aditivo representa uma ferramenta poderosa na produção de componentes aeroespaciais leves e otimizados capazes de reduzir a massa do sistema onde estão inseridos e, consequentemente, o consumo de combustível e das emissões de poluentes. Em particular, a combinação de métodos aditivos e ligas de titânio é uma solução atraente para minimizar o peso ao mesmo tempo que confere integridade estrutural ao produto graças às suas excelentes propriedades mecânicas específicas. Os problemas associados ao fabrico de titânio por processos tradicionais, nomeadamente o elevado desperdício de matériaprima em relação ao material efetivamente aproveitado, podem ser resolvidos através da adoção de métodos aditivos, em particular da Fusão Seletiva a Laser. A Active Space Technologies começou a investigar soluções de titânio em conjunto com técnicas de fabrico aditivo no âmbito do projeto ADVANSS, cujo intuito era a investigação, desenvolvimento e fabrico de uma estrutura de suporte, o Large Lens Mounting. No entanto, as consideráveis trocas de calor entre o substrato, a cama de pó, a poça de material fundido e o ambiente circundante envolvidas no processo são responsáveis por induzir grandes concentrações de tensões que podem resultar em falhas na peça. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo termoelástico capaz de replicar os fenómenos presentes durante a Fusão Seletiva a Laser, incluindo a fusão do material e o posterior arrefecimento, com boa flexibilidade na variação dos parâmetros. Ao prever as tensões térmicas induzidas durante o processo de fabrico é possível estabelecer um conjunto de parâmetros de processamento capazes de mitigar as imperfeições das peças. Um conjunto de objetivos complementares também foi proposto: a realização de estudos paramétricos para prever tensões induzidas por um conjunto específico de parâmetros para uma única camada e, posteriormente, para um componente inteiro, com n camadas; a construção de uma hierarquia de parâmetros de acordo com sua capacidade de minimizar tensões e o enriquecimento das competências da Active Space Technologies no que diz respeito a tecnologias de manufatura aditiva. A perspectiva é que o conhecimento adquirido com este projeto contribua para o desenvolvimento de um modelo semelhante para otimizar o processo de fabricação do Large Lens Mounting.
O fabrico aditivo representa uma ferramenta poderosa na produção de componentes aeroespaciais leves e otimizados capazes de reduzir a massa do sistema onde estão inseridos e, consequentemente, o consumo de combustível e das emissões de poluentes. Em particular, a combinação de métodos aditivos e ligas de titânio é uma solução atraente para minimizar o peso ao mesmo tempo que confere integridade estrutural ao produto graças às suas excelentes propriedades mecânicas específicas. Os problemas associados ao fabrico de titânio por processos tradicionais, nomeadamente o elevado desperdício de matériaprima em relação ao material efetivamente aproveitado, podem ser resolvidos através da adoção de métodos aditivos, em particular da Fusão Seletiva a Laser. A Active Space Technologies começou a investigar soluções de titânio em conjunto com técnicas de fabrico aditivo no âmbito do projeto ADVANSS, cujo intuito era a investigação, desenvolvimento e fabrico de uma estrutura de suporte, o Large Lens Mounting. No entanto, as consideráveis trocas de calor entre o substrato, a cama de pó, a poça de material fundido e o ambiente circundante envolvidas no processo são responsáveis por induzir grandes concentrações de tensões que podem resultar em falhas na peça. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo termoelástico capaz de replicar os fenómenos presentes durante a Fusão Seletiva a Laser, incluindo a fusão do material e o posterior arrefecimento, com boa flexibilidade na variação dos parâmetros. Ao prever as tensões térmicas induzidas durante o processo de fabrico é possível estabelecer um conjunto de parâmetros de processamento capazes de mitigar as imperfeições das peças. Um conjunto de objetivos complementares também foi proposto: a realização de estudos paramétricos para prever tensões induzidas por um conjunto específico de parâmetros para uma única camada e, posteriormente, para um componente inteiro, com n camadas; a construção de uma hierarquia de parâmetros de acordo com sua capacidade de minimizar tensões e o enriquecimento das competências da Active Space Technologies no que diz respeito a tecnologias de manufatura aditiva. A perspectiva é que o conhecimento adquirido com este projeto contribua para o desenvolvimento de um modelo semelhante para otimizar o processo de fabricação do Large Lens Mounting.
Description
Keywords
Comsol Multiphysics Fabrico Aditivo de Metais Livelink for Matlab Parâmetros de Processamento Tensões Residuais Transformações de Fase