Περιγράφονται εν συντομία οι δυνάμεις που δρουν στη λιωμένη δεξαμενή επένδυσης λέιζερ, συμπεριλαμβανομένης της επιφανειακής τάσης, της ιξώδους διατμητικής δύναμης, της βαρύτητας και της πίεσης προστατευτικού αερίου, και ο μηχανισμός σχηματισμού του στρώματος επένδυσης αναλύεται εν συντομία από την προοπτική της ανάπτυξης ιστού και της ροής της λιωμένης λίμνης. Ταυτόχρονα, συνοψίζονται οι νόμοι και οι εξισώσεις της κατανομής ενέργειας διαφορετικών μοντέλων πηγών θερμότητας που χρησιμοποιούνται στην προσομοίωση επένδυσης λέιζερ, συμπεριλαμβανομένων της επιφανειακής πηγής θερμότητας Gauss, της επιφανειακής δακτυλιοειδούς πηγής θερμότητας, της πηγής θερμότητας σώματος Gauss, της ελλειψοειδούς πηγής θερμότητας και της συνδυασμένης πηγής θερμότητας σώματος. Σε αυτή τη βάση, η έρευνα προχωρά στην αριθμητική προσομοίωση του πεδίου θερμοκρασίας και του πεδίου ροής του επένδυση με λέιζερ Η λιωμένη πισίνα στο εσωτερικό και στο εξωτερικό τα τελευταία χρόνια ταξινομείται και αναθεωρείται και αναλύονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των διαφόρων μοντέλων πηγών θερμότητας. Συνοψίζονται το εφαρμοστέο περιβάλλον διαφορετικών πηγών θερμότητας και οι νόμοι κατανομής του ληφθέντος πεδίου θερμοκρασίας και του πεδίου ροής. Επιπλέον, συνοψίζονται οι μέθοδοι έρευνας της ελεύθερης επιφάνειας υγρού της λιμωμένης δεξαμενής και συνοψίζονται οι μέθοδοι επαλήθευσης των μοντέλων αριθμητικής προσομοίωσης του πεδίου θερμοκρασίας και του πεδίου ροής. Ταυτόχρονα, εν όψει των προβλημάτων που υπάρχουν στην έρευνα αριθμητικής προσομοίωσης της λιωμένης δεξαμενής επένδυσης λέιζερ, συνοψίζονται από τις πτυχές των αριθμητικών μοντέλων και των συνοριακών συνθηκών και, τέλος, εξετάζεται η μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης.

Η επένδυση με λέιζερ είναι μια νέα διαδικασία για την επιφανειακή τροποποίηση και επισκευή υλικών. Προσθέτει υλικό επένδυσης στην επιφάνεια του υποστρώματος απλώνοντας ή τροφοδοτώντας σκόνη και χρησιμοποιεί μια δέσμη λέιζερ υψηλής ενέργειας για να λιώσει γρήγορα το υλικό του στρώματος επένδυσης για να σχηματίσει ένα στρώμα επένδυσης με καλή μεταλλουργική συγκόλληση στην επιφάνεια του υποστρώματος, αλλάζοντας έτσι τη σύνθεση του υποστρώματος επιφάνεια και βελτίωση των επιφανειακών ιδιοτήτων του υλικού [1]. Κατά τη διαδικασία επένδυσης με λέιζερ, η λιωμένη δεξαμενή είναι μη σταθερή και θα διαταραχθεί από τη ροή Marangoni, την έγχυση σκόνης, την παροχή σκόνης, τις αναταράξεις στο προστατευτικό αέριο και τις μεταβλητές παραμέτρους επεξεργασίας [2]. Ένας μεγάλος αριθμός μελετών έχει δείξει ότι η δύναμη Marangoni που προκαλείται από την επιφανειακή τάση έχει σημαντική επίδραση στη ροή της λιωμένης δεξαμενής [3-4], η οποία είναι επίσης ένας βασικός παράγοντας στον προσδιορισμό της μορφολογίας και της αραίωσης του στρώματος επένδυσης. Η συμπεριφορά ροής στη λιωμένη δεξαμενή έχει άμεσο αντίκτυπο στην εξέλιξη της δομής του υλικού. Η ρευστοδυναμική και η γεωμετρική εξέλιξη της δεξαμενής λιωμένου υγρού σχετίζονται άμεσα με τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού κατασκευής πρόσθετων. Δεδομένου ότι η λιωμένη δεξαμενή σχηματίζεται σε εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα και το μέγεθος της λιμωμένης δεξαμενής είναι μικρό, είναι σχεδόν αδύνατο να παρακολουθηθεί με ακρίβεια η στιγμιαία εξέλιξη της λιμωμένης δεξαμενής σε πραγματικό χρόνο κατά τη διάρκεια του πειράματος. Ως εκ τούτου, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας των υπολογιστών, η αριθμητική προσομοίωση της δυναμικής συμπεριφοράς ροής μέσα στη λιμωμένη δεξαμενή μέσω της προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων έχει γίνει το κύριο ρεύμα. Στην αριθμητική προσομοίωση λιωμένης πισίνας με επένδυση λέιζερ, ένα εύλογο μοντέλο πηγής θερμότητας είναι το κλειδί για την απόκτηση ακριβών αποτελεσμάτων αριθμητικής προσομοίωσης. Γενικά, το αντίστοιχο μοντέλο πηγής θερμότητας καθορίζεται σύμφωνα με την πηγή θερμότητας λέιζερ που απαιτείται από τις πραγματικές συνθήκες εργασίας. Το μήκος εξαφάνισης του υλικού εξαρτάται κυρίως από τον συντελεστή απορρόφησης του υλικού σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος λέιζερ. Σύμφωνα με το μήκος απόσβεσης του υλικού στο λέιζερ, το μοντέλο πηγής θερμότητας στη διαδικασία επένδυσης λέιζερ μπορεί να χωριστεί σε πηγή θερμότητας επιφάνειας και πηγή θερμότητας σώματος. Εάν το λέιζερ ενεργεί στην επιφάνεια του υλικού, η ενέργεια του λέιζερ διασπάται στο 0 μετά από μια μικρή απόσταση μετάδοσης. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι η ενέργεια απορροφάται πλήρως στην επιφάνεια του υλικού και η απορρόφηση της ενέργειας λέιζερ από το υλικό της μήτρας μπορεί να ονομαστεί επιφανειακή απορρόφηση. Εάν το βάθος μετάδοσης είναι βαθύ, ακόμη και μεγαλύτερο από το πάχος του υλικού, μπορεί να ονομαστεί απορρόφηση σώματος [5].

Αυτή η εργασία αρχικά περιγράφει εν συντομία τον μηχανισμό σχηματισμού λιωμένης πισίνας με επένδυση λέιζερ και στη συνέχεια ταξινομεί και εξετάζει την ερευνητική πρόοδο της αριθμητικής προσομοίωσης λιωμένης πισίνας με επένδυση λέιζερ κάτω από διάφορα ευρέως χρησιμοποιούμενα μοντέλα πηγής θερμότητας, συνοψίζει την κατάσταση έρευνας του πεδίου θερμοκρασίας λιωμένης πισίνας και αριθμητικά πεδίου ροής προσομοίωση κάτω από διαφορετικές πηγές θερμότητας, και τέλος προσβλέπει στο πρόβλημα της προσομοίωσης λιωμένης πισίνας της επένδυσης με λέιζερ.

1 Μηχανισμός σχηματισμού λιωμένης πισίνας επένδυσης λέιζερ

Κατά τη διαδικασία επένδυσης λέιζερ, η ενεργειακή πυκνότητα της εισόδου λέιζερ είναι υψηλή. Η αγωγιμότητα και η συναγωγή θερμότητας ελέγχουν τη φυσική εξέλιξη της λιωμένης δεξαμενής και καθορίζουν άμεσα το πεδίο θερμοκρασίας και την κατανομή του πεδίου ροής στη λιμωμένη λίμνη. Η λιωμένη πισίνα με επένδυση λέιζερ μπορεί να φτάσει σε ισορροπία σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, όπου υπάρχει μεγάλη διαβάθμιση θερμοκρασίας και ταχεία κυκλική μεταφορά. Η εστιασμένη δέσμη λέιζερ ακτινοβολείται πάνω στο μεταλλικό υπόστρωμα, η θερμοκρασία του υποστρώματος αυξάνεται και λιώνει για να σχηματίσει μια λιμωμένη λίμνη. Το ακροφύσιο ψεκάζει τη μεταλλική σκόνη στη λιωμένη πισίνα ταυτόχρονα. Το υγρό μέταλλο στη λιωμένη πισίνα μεταφέρεται υπό τη δράση της τάσης Marangoni. Η θερμοκρασία στο εσωτερικό της λιωμένης πισίνας γίνεται σταδιακά ομοιόμορφη. Το τήγμα ρέει στην άκρη της λιωμένης δεξαμενής, φτάνει στην επιφάνεια της λιωμένης λίμνης και στερεοποιείται για να σχηματίσει ένα στρώμα επένδυσης. Song et al. [6] ανέλυσε το σχηματισμό της λιωμένης δεξαμενής, το σχέδιο εσωτερικής μεταφοράς και τη συμπεριφορά στερεοποίησης του στρώματος επένδυσης.

Οι δυνάμεις στη λιωμένη δεξαμενή είναι πολύπλοκες. Η κύρια κινητήρια δύναμη για τη ροή του ρευστού στη λιωμένη δεξαμενή είναι η ροή Marangoni που παράγεται από την ισορροπία μεταξύ της άνωσης και της κλίσης επιφανειακής τάσης και της ιξώδους διατμητικής δύναμης [7]. Ο Shi Jianjun [8] ανέλυσε την τρισδιάστατη δύναμη της λιωμένης λίμνης. Η ανάλυση δύναμης της λιωμένης δεξαμενής φαίνεται στο Σχήμα 1, η οποία περιλαμβάνει κυρίως την επιφανειακή τάση Fγ, την ιξώδη διατμητική δύναμη Fμ, τη βαρύτητα G και την πίεση του προστατευτικού αερίου Fp, και θ είναι η γωνία εκτροπής του υποστρώματος. Κάτω από τη συνδυασμένη δράση της επιφανειακής τάσης, της βαρύτητας, της ιξώδους διατμητικής δύναμης και της πίεσης του προστατευτικού αερίου, το λιωμένο μέταλλο σχηματίζει μια δυναμικά ισορροπημένη δεξαμενή λιωμένου μετάλλου. Μεταξύ αυτών, η επιφανειακή τάση έχει τον μεγαλύτερο αντίκτυπο στη λιωμένη δεξαμενή και η ροή του ρευστού στη λιωμένη δεξαμενή οδηγείται κυρίως από τη μεταφορά Marangoni που οδηγείται από την επιφανειακή τάση.

2 Πρόοδος έρευνας μοντέλου πηγής θερμότητας για αριθμητική προσομοίωση επένδυσης λέιζερ

2.1 Επιφανειακή πηγή θερμότητας Gaussian

Επί του παρόντος, οι περισσότερες αριθμητικές προσομοιώσεις επένδυσης λέιζερ χρησιμοποιούν μοντέλο Gaussian πηγής θερμότητας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Η ενέργεια λέιζερ κατανέμεται κανονικά στο χώρο, με περισσότερη στο κέντρο και λιγότερη στην άκρη, κάτι που είναι σύμφωνο με την πραγματική διαδικασία επεξεργασίας. Ωστόσο, η κατανομή ενέργειας στην κατεύθυνση του βάθους της λιωμένης δεξαμενής αγνοείται, επομένως δεν είναι κατάλληλη για συνθήκες εργασίας με βαθύτερη λιμνούλα.

Η έκφραση της εξίσωσης πυκνότητας ροής θερμότητας είναι: Δείτε τους τύπους (1) και (2) στο σχήμα. Όπου: q(r) είναι η επιφανειακή ροή θερμότητας στην ακτίνα r, W/m2. R είναι η απόσταση από το κέντρο του σημείου, m; c είναι ο συντελεστής συγκέντρωσης ροής θερμότητας, m2. qm είναι η μέγιστη ροή θερμότητας στο κέντρο της πηγής θερμότητας, W/m2. P είναι η ισχύς λέιζερ, W; η είναι ο ρυθμός χρήσης λέιζερ.

Η πηγή θερμότητας επιφάνειας Gaussian είναι κατάλληλη για συνθήκες επεξεργασίας με μικρό πλάτος και βάθος λιωμένης πισίνας και πάχος στρώματος επένδυσης. Για την αριθμητική προσομοίωση του πεδίου θερμοκρασίας λιωμένης πισίνας, οι Wang Zhijian et al. [10] χρησιμοποίησε την επιφανειακή πηγή θερμότητας Gauss για να προσομοιώσει αριθμητικά τη διαδικασία στερεοποίησης της λιωμένης δεξαμενής λέιζερ μονής διέλευσης μονής στρώσης από κράμα τιτανίου TC4. Η μελέτη διαπίστωσε ότι στην επένδυση λέιζερ μονής διέλευσης, λόγω της ταχείας μεταφοράς θερμότητας στην ουρά, η θερμότητα στο μπροστινό άκρο της λιωμένης πισίνας είναι πιο συγκεντρωμένη από εκείνη στο πίσω άκρο και το βάθος τήξης είναι μεγαλύτερο. Με την αύξηση της ισχύος λέιζερ, το βάθος τήξης της λιμνής λίμνης και το εύρος της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα αυξάνονται σταδιακά λόγω της αύξησης της εισροής ενέργειας. Pant et al. [11] καθιέρωσε ένα μοντέλο ανάμειξης λιμνών λιμνών με βάση τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων και μελέτησε τη συμπεριφορά μεταφοράς θερμότητας της λιμωμένης λίμνης κατά την τήξη με εναπόθεση λέιζερ. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η λιωμένη λίμνη είναι ελλειπτική στο μπροστινό μέρος και σε σχήμα κομήτη με τεντωμένη ουρά. Το πλάτος της λιωμένης δεξαμενής αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος λέιζερ (όπως φαίνεται στο Σχήμα 3). Ο ρυθμός ψύξης αυξάνεται με την αύξηση της ταχύτητας σάρωσης και η αύξηση της ισχύος λέιζερ θα αυξήσει τη διαβάθμιση θερμοκρασίας στη λιωμένη λίμνη και ο ρυθμός ψύξης θα αυξηθεί ανάλογα.

Επιπλέον, ορισμένοι μελετητές έχουν μελετήσει την τρισδιάστατη προσομοίωση μορφολογίας της λιωμένης λίμνης κάτω από την επιφανειακή πηγή θερμότητας Gauss. Fallah et al. [12] πρότεινε μια παροδική προσομοίωση μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων για την πρόβλεψη του μεγέθους και της μορφολογικής εξέλιξης της λιωμένης λίμνης κατά την εναπόθεση σκόνης λέιζερ. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το προσομοιωμένο προβλεπόμενο προφίλ λιμνής δεξαμενής ήταν κοντά στο πείραμα,
αλλά δεν έγινε ειδική ανάλυση για το πεδίο θερμοκρασίας και το πεδίο ροής της λιωμένης δεξαμενής. Οι Gao et al. [13] καθιέρωσε ένα τρισδιάστατο μοντέλο αριθμητικής πρόβλεψης για επεξεργασία με ένα πέρασμα κατά τη διάρκεια της επένδυσης με λέιζερ. Χρησιμοποιώντας την πηγή θερμότητας κατανομής Gauss και με βάση τη μέθοδο της μονάδας γέννησης και θανάτου, το γεωμετρικό σχήμα του στρώματος επένδυσης δεν χρειάζεται να προκαθοριστεί. Το μεταβατικό πεδίο θερμοκρασίας και η γεωμετρική δομή του στρώματος επένδυσης υπολογίζονται ταυτόχρονα. Το ληφθέν σχήμα επένδυσης είναι σε καλή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Επιπλέον, ανέλυσαν επίσης την επίδραση των παραμέτρων της διαδικασίας στο πεδίο θερμοκρασίας και στο γεωμετρικό σχήμα του στρώματος επένδυσης.

Μερικοί μελετητές θα προκαθορίσουν το τρισδιάστατο σχήμα του στρώματος επένδυσης εκ των προτέρων όταν χρησιμοποιούν την επιφανειακή πηγή θερμότητας Gauss για να προσομοιώσουν το πεδίο ροής της λιωμένης λίμνης. Οι Liu Han et al. [14] καθιέρωσε ένα τρισδιάστατο μοντέλο με βάση το πραγματικό περίγραμμα μεγέθους στρώματος εναπόθεσης στην αριθμητική μελέτη προσομοίωσης του πεδίου θερμοκρασίας και του πεδίου τάσης στη διαδικασία τρισδιάστατης διαμόρφωσης απόθεσης λέιζερ. Σε αυτή τη βάση, καθιερώθηκε ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων της λιωμένης δεξαμενής σύγχρονης εναπόθεσης λέιζερ μεταξιού-σκόνης και λήφθηκε ο νόμος κατανομής του πεδίου ροής λιμνής λίμνης. Δύο συμμετρικά κατανεμημένες κυκλοφορίες σχηματίζονται στη διατομή της λιωμένης δεξαμενής και δημιουργούνται δύο ακτινικές κυκλοφορίες, μία ισχυρή μπροστά και μία ασθενής στο πίσω μέρος. Η κατανομή του υγρού στην επάνω επιφάνεια της λιωμένης λίμνης δείχνει έναν νόμο διάχυσης από το κέντρο προς την άκρη. Οι Li et al. [15] καθιέρωσε ένα μοντέλο σύζευξης πολλαπλών πεδίων της διαδικασίας επένδυσης λέιζερ δίσκου με βάση το λογισμικό COMSOL και υπολόγισε τις θερμικές φυσικές ιδιότητες του υλικού χρησιμοποιώντας τη μέθοδο CALPHAD. Χρησιμοποιώντας μια επιφανειακή πηγή θερμότητας Gauss, η αλληλεπίδραση μεταξύ της δέσμης λέιζερ και της σκόνης και οι συνθήκες τάσης μέσα στη λιωμένη δεξαμενή εξετάστηκαν πλήρως και ελήφθη ο νόμος αλλαγής του πεδίου θερμοκρασίας και του πεδίου ροής κατά τη διαδικασία επένδυσης λέιζερ δίσκου. Η λιωμένη δεξαμενή είναι ελλειψοειδής και η υψηλότερη θερμοκρασία εμφανίζεται στο πίσω μέρος του κέντρου της λιμωμένης λίμνης. Στο αρχικό στάδιο της επένδυσης, ο ρυθμός ροής της λιωμένης δεξαμενής είναι χαμηλός και η αγωγιμότητα της θερμότητας παίζει σημαντικό ρόλο στη μεταφορά ενέργειας της λιωμένης δεξαμενής. Καθώς προχωρά η διαδικασία επένδυσης, ο ρυθμός ροής του τηγμένου μετάλλου στη λιωμένη δεξαμενή επιταχύνεται και η μεταφορά θερμότητας παίζει σημαντικό ρόλο αυτή τη στιγμή, όπως φαίνεται στα Σχήματα 5 και 6.

2.2 Επιφανειακή δακτυλιοειδής πηγή θερμότητας

Η επιφανειακή δακτυλιοειδής πηγή θερμότητας είναι ένα μοντέλο πηγής θερμότητας μοναδικό στην αριθμητική προσομοίωση κοίλης δακτυλιοειδούς επένδυσης λέιζερ. Βασίζεται στη νέα διαδικασία επένδυσης με κοίλο δακτυλιοειδές λέιζερ «κοίλης δέσμης και τροφοδοσίας σκόνης στη δέσμη», η οποία έχει μοναδικά πλεονεκτήματα σε σχέση με την παραδοσιακή επένδυση «συμπαγούς λέιζερ». Η βασική του αρχή είναι να μετατρέπει τη συμπαγή δέσμη σε μια κοίλη δακτυλιοειδή δοκό μέσω του συστήματος μετατροπής δέσμης [16-17], έτσι ώστε η περιοχή συγκέντρωσης κατανομής ενέργειας να αλλάζει από το κέντρο προς την εξωτερική άκρη (όπως φαίνεται στο σχήμα 7), κάτι που μπορεί εξαλείφει το φαινόμενο της ατελούς τήξης στην άκρη του τετηγμένου καναλιού που προκαλείται από την επένδυση από στερεό λέιζερ Gauss και βελτιώνει το μειονέκτημα της κακής μεταλλουργικής συγκόλλησης [18].

Η κατανομή ενέργειας στη δακτυλιοειδή περιοχή του είναι επίσης σαν μια κατανομή Gauss, και η συνάρτηση κατανομής ενέργειας είναι: Δείτε τον τύπο (3) στο σχήμα. Όπου: R0 είναι η εξωτερική διάμετρος του λέιζερ στην εστιακή θέση, mm. z είναι η αποεστίαση, mm. φ είναι η γωνία μεταξύ της κοίλης δέσμης λέιζερ και της οριζόντιας κατεύθυνσης. ξ είναι ο συντελεστής θέσης κορυφής ενέργειας.

Οι Tian Meiling et al. [18] χρησιμοποίησε το λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων ANSYS για να προσομοιώσει το πεδίο θερμοκρασίας της δακτυλιοειδούς κοίλης λιωμένης δεξαμενής λέιζερ και διεξήγαγε μια θεωρητική ανάλυση της τρισδιάστατης κατανομής του πεδίου ροής. Το πεδίο ροής της λειωμένης δεξαμενής με κούφια επένδυση λέιζερ έδειξε μια συμμετρική κατανομή ροής τεσσάρων δακτυλίων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8. Ο Shi Gaolian [20] χρησιμοποίησε το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων ANSYS και βασίστηκε στο μοντέλο επιφανειακής κούφιας δακτυλιοειδούς πηγής θερμότητας για την προσομοίωση της μεταβατικής θερμοκρασίας πεδίο της λιωμένης δεξαμενής από κράμα 45 δειγμάτων χάλυβα επένδυσης Fe313, και λήφθηκε ο νόμος εξέλιξης του πεδίου θερμοκρασίας της κοίλης λιωμένης πισίνας επένδυσης λέιζερ. Λόγω της επίδρασης συσσώρευσης θερμότητας κατά τη διαδικασία επένδυσης, η θερμοκρασία στη λιωμένη πισίνα αυξάνεται σταδιακά με την αύξηση του χρόνου σάρωσης και του ύψους. Το σχήμα, η θέση και η κατανομή της ενεργειακής πυκνότητας της λιωμένης δεξαμενής και η ποιότητα του διαμορφωμένου τμήματος θα αλλάξουν σημαντικά με την αλλαγή του κύκλου λειτουργίας. Οι Li Guangqi et al. [21] προσομοίωσε τη φόρτωση λέιζερ κοίλου δακτυλίου με βάση το λογισμικό ANSYS χρησιμοποιώντας γλώσσα APDL σε συνδυασμό με τη μέθοδο μονάδας γέννησης-θανάτου και έλαβε τον νόμο κατανομής του πεδίου θερμοκρασίας του στρώματος επένδυσης. Η συνολική κατανομή του πεδίου θερμοκρασίας κατά τη διαδικασία της επένδυσης ήταν «κομήτης». Στο αρχικό στάδιο της σάρωσης, το σημείο έδειξε ένα πλήρες σχήμα δακτυλίου με την ίδια θεωρητική κατανομή ενέργειας. Καθώς προχωρούσε η διαδικασία σάρωσης, η περιοχή υψηλής θερμοκρασίας μετακινήθηκε προς τα πίσω στο σύνολό της, εξελισσόμενη σταδιακά από σχήμα δακτυλίου σε σχήμα σέλας, όπως φαίνεται στο σχήμα 9. Αυτό επιβεβαιώνει τα χαρακτηριστικά της ενέργειας λέιζερ κοίλου δακτυλίου «χαμηλή στη μέση και ψηλά στην άκρη». Επιπλέον, το επιφανειακό στρώμα του πεδίου θερμοκρασίας του στρώματος επένδυσης έδειξε ένα «σχήμα βαθιάς κοιλάδας», με ψηλά και στις δύο πλευρές και χαμηλά στη μέση, και στην κατεύθυνση βάθους του στρώματος επένδυσης, η θερμοκρασία μειώθηκε σταδιακά με την αύξηση του βάθους , όπως φαίνεται στο Σχήμα 10.

2.3 Γκαουσιανή πηγή θερμότητας σώματος

Στην πραγματική διαδικασία επένδυσης λέιζερ, η δέσμη λέιζερ κινείται με μια ορισμένη ταχύτητα και η κατανομή ενέργειας δεν είναι ομοιόμορφη, ειδικά η κατανομή ενέργειας της πηγής φωτός κάθετα προς την κατεύθυνση σάρωσης είναι αρκετά διαφορετική και το μοντέλο πηγής θερμότητας επιφάνειας δεν μπορεί να διεισδύσει η λιωμένη λίμνη. Επομένως, δημιουργήθηκε η πηγή θερμότητας του σώματος. Η ενέργεια λέιζερ της πηγής θερμότητας του σώματος δεν εναποτίθεται μόνο στην επιφάνεια του στρώματος σκόνης, αλλά μπορεί επίσης να διεισδύσει στο εσωτερικό του στρώματος επένδυσης, γεγονός που βελτιώνει την ακρίβεια υπολογισμού του πεδίου μεταβατικής θερμοκρασίας ή του πεδίου ροής της λιωμένης λίμνης [ 22]. Μερικοί μελετητές έχουν δημιουργήσει μια περιστρεφόμενη πηγή θερμότητας σώματος Gauss βασισμένη στο μοντέλο επιφανειακής πηγής θερμότητας Gauss, όπως φαίνεται στο Σχήμα 11. Το περιστρεφόμενο επιφανειακό σώμα Gauss σχηματίζεται περιστρέφοντας την καμπύλη Gauss γύρω από τον άξονά της συμμετρίας. Υποθέτοντας ότι η ενέργεια της πηγής θερμότητας κατανέμεται όλη μέσα σε αυτό το επιφανειακό σώμα, η πυκνότητα ροής θερμότητας στη διατομή είναι κατανομή Gauss.

Η συνάρτηση κατανομής ενέργειας είναι: δείτε τους τύπους (4) και (5) στο σχήμα. Όπου: e είναι η φυσική βάση. R0 είναι η ακτίνα του ανοίγματος της πηγής θερμότητας. H είναι το ύψος της πηγής θερμότητας. Q είναι η ισχύς της πηγής θερμότητας.

Η πηγή θερμότητας Gauss είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο μοντέλο πηγής θερμότητας για την αριθμητική προσομοίωση λιωμένης πισίνας με επένδυση λέιζερ. Οι Zhang Kerong et al. [24] προσομοίωσε αριθμητικά τη μεταβατική διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ βαθιάς τήξης της κλειδαρότρυπας από κράμα τιτανίου TC4 με βάση το μοντέλο περιστρεφόμενης πηγής θερμότητας όγκου Gauss, και ανέλυσε περαιτέρω την επίδραση διαφορετικών παραμέτρων διεργασίας στη μορφολογία της κλειδαρότρυπας σε συνδυασμό με πειράματα. Η μελέτη έδειξε ότι με την αύξηση της πυκνότητας ενέργειας του λέιζερ, την αύξηση της ισχύος του λέιζερ ή τη μείωση της διαμέτρου του σημείου, το βάθος της κλειδαρότρυπας αυξήθηκε και το μέγεθος έγινε ευρύτερο. Η διάμετρος του σημείου είναι η παράμετρος διεργασίας με τη μεγαλύτερη επίδραση στη μορφολογία της κλειδαρότρυπας. Sun et al. [25] προσομοίωσε τα σωματίδια σκόνης της κατευθυντικής εναπόθεσης ενέργειας λέιζερ με βάση το λογισμικό ροής χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο διακριτής φάσης και ανέλυσε τη μορφολογία του στρώματος εναπόθεσης σκόνης και την κατανομή των πεδίων θερμοκρασίας και ταχύτητας σε συνδυασμό με το μοντέλο πηγής θερμότητας Gauss. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι στην άμεση εναπόθεση ενέργειας λέιζερ υψηλής ταχύτητας, η καθοδική ταχύτητα ροής στην περιοχή δράσης της σκόνης είναι κυρίαρχη λόγω της πίεσης που προκαλείται από την τροφοδοσία σκόνης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 12.

Στην αριθμητική προσομοίωση μορφολογίας λιωμένης πισίνας με βάση την πηγή θερμότητας Gauss. Chai et al. [26] καθιέρωσε ένα αριθμητικό μοντέλο επένδυσης λέιζερ σε κεκλιμένο υπόστρωμα με βάση τη μέθοδο του κυψελωτού αυτόματου και προσομοίωσε την επίδραση διαφορετικών γωνιών κλίσης στη σχετική περιοχή διατομής, πλάτος, ύψος και μετατόπιση κορυφής του στρώματος επένδυσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 13. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η σχετική επιφάνεια διατομής πρώτα αυξάνεται, μετά μειώνεται και μετά τείνει να είναι σταθερή με την αύξηση της γωνίας κλίσης του υποστρώματος. το πλάτος του στρώματος επένδυσης αυξάνεται με την αύξηση της γωνίας κλίσης και το ύψος πρώτα αυξάνεται και στη συνέχεια μειώνεται. Με την αύξηση της γωνίας κλίσης του υποστρώματος, το στοιχείο βαρύτητας του στρώματος επένδυσης γίνεται όλο και μεγαλύτερο και η μετατόπιση κορυφής σταδιακά αυξάνεται.

2.4 Ελλειψοειδής πηγή θερμότητας

Η κατανομή ενέργειας στη λιωμένη δεξαμενή στην επένδυση λέιζερ συχνά δεν είναι ένα τρισδιάστατο σώμα περιστροφής Gauss. Προκειμένου να προσομοιωθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια το μέγεθος και το σχήμα της λιωμένης δεξαμενής, προτείνεται μια ελλειψοειδής πηγή θερμότητας σώματος κατανομής. Υπάρχουν δύο τύποι ελλειψοειδών πηγών θερμότητας: μια μονή ελλειψοειδής πηγή θερμότητας με συμμετρία εμπρός προς τα πίσω και μια διπλή ελλειψοειδής πηγή θερμότητας με διαφορετική κατανομή ενέργειας από μπροστά προς τα πίσω. Στις πρώτες μέρες, ορισμένοι μελετητές πρότειναν μια ημισφαιρική πηγή θερμότητας [27] και η συνάρτηση κατανομής της ενέργειας είναι: βλέπε τύπο (6) στο σχήμα. Όπου: q(x,y,z) είναι η πυκνότητα ροής θερμότητας του σημείου (x,y,z) στο σύστημα συντεταγμένων. c είναι η ακτίνα της σφαίρας. Q είναι ο ρυθμός εισόδου θερμότητας.

Σύμφωνα με μεγάλο αριθμό πειραματικών παρατηρήσεων, η πραγματική πηγή θερμότητας δεν είναι συμμετρικά κατανεμημένη μπροστά και πίσω. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές πρότειναν μια διπλή ελλειψοειδή πηγή θερμότητας (όπως φαίνεται στο Σχήμα 14), με το μπροστινό και το πίσω μέρος να είναι δύο ελλειψοειδή 1/4 αντίστοιχα.

Οι λειτουργίες διανομής ενέργειας μπροστά και πίσω είναι: Δείτε τον τύπο (7) στο σχήμα. Όπου: qf και qr είναι η κατανομή της ροής θερμότητας στο μπροστινό και το πίσω μισό ελλειψοειδή αντίστοιχα. af και ar είναι οι ημιάξονες του μπροστινού και του πίσω μισού ελλειψοειδούς αντίστοιχα. Το bh και το ch είναι οι άλλοι δύο ημιάξονες του μπροστινού και του οπίσθιου μισού ελλειψοειδούς αντίστοιχα, και οι δύο βραχείς ημιάξονες των δύο ελλειψοειδών είναι ίσοι. ff και fr είναι τα μερίδια εισόδου θερμότητας στο μπροστινό και πίσω μισό ελλειψοειδή αντίστοιχα, και ff + fr = 1.

Λόγω του μεγάλου μεγέθους της λιωμένης δεξαμενής που παράγεται από την ελλειψοειδή πηγή θερμότητας, χρησιμοποιείται ευρέως στην αριθμητική προσομοίωση διεργασιών επεξεργασίας λέιζερ, όπως η συγκόλληση με λέιζερ [29-30] και η προκαθορισμένη επένδυση λέιζερ. Hocine et al. [31] ανέλυσε τις διαφορές μεταξύ τριών μοντέλων πηγής θερμότητας (ελλειψοειδής πηγή θερμότητας, διπλή ελλειψοειδής πηγή θερμότητας και κυλινδρική πηγή θερμότητας) στην προσομοίωση της εξέλιξης του πεδίου θερμοκρασίας και του περιγράμματος της λιωμένης λίμνης σε επιλεκτική τήξη λέιζερ. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα τρία μοντέλα πηγών θερμότητας έχουν τα δικά τους μοναδικά πλεονεκτήματα στον υπολογισμό του πεδίου θερμοκρασίας και του περιγράμματος της λιωμένης λίμνης. Η κυλινδρική πηγή θερμότητας είναι κατάλληλη για τον υπολογισμό του πεδίου θερμοκρασίας της λιωμένης λίμνης, ενώ η ελλειψοειδής πηγή θερμότητας έχει μεγαλύτερη ακρίβεια στον υπολογισμό του περιγράμματος της λιωμένης λίμνης. Οι Luo Xinlei et al. [32] χρησιμοποίησε το ANSYS APDL για να προσομοιώσει το πεδίο θερμοκρασίας της επιλεκτικής τήξης λέιζερ μονού καναλιού και συνέκρινε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης κάτω από την επιφανειακή πηγή θερμότητας Gauss και τη διπλή ελλειψοειδή πηγή θερμότητας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η διπλή ελλειψοειδής πηγή θερμότητας έχει καλύτερη συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα από την επιφανειακή πηγή θερμότητας Gauss, επειδή η κατανομή ενέργειας της είναι πιο κοντά στην πραγματική πηγή θερμότητας λέιζερ. Στη διαδικασία της επιλεκτικής τήξης λέιζερ, χωρίς αλλαγή της πυκνότητας ενέργειας εισόδου λέιζερ, η αύξηση της ισχύος και της ταχύτητας σάρωσης θα αυξήσει σημαντικά το βάθος και το πλάτος της λιωμένης λίμνης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 15.

Μερικοί μελετητές διεξήγαγαν επίσης σε βάθος έρευνα σχετικά με τις μεταβολές του πεδίου θερμοκρασίας της λιμωμένης λίμνης κάτω από διαφορετικές παραμέτρους διεργασίας. Ο Hao Xiaojie [33] χρησιμοποίησε το λογισμικό ABAQUS για να αναλύσει τη διακύμανση του πεδίου θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της επιλεκτικής τήξης με λέιζερ. Χρησιμοποίησε μια διπλή ελλειψοειδή πηγή θερμότητας, η οποία διένειμε την εισερχόμενη ενέργεια λέιζερ σε έναν ορισμένο όγκο και την εφάρμοσε στους κόμβους του μοντέλου υλικού με τη μορφή πυκνότητας ροής θερμότητας. Μελέτησε την επίδραση διαφορετικών παραμέτρων διεργασίας στο πεδίο θερμοκρασίας κατά την τήξη με λέιζερ. Όταν αυξάνεται μόνο η ισχύς του λέιζερ, ο μέσος ρυθμός θέρμανσης και ο ρυθμός ψύξης στη λιωμένη δεξαμενή και το μέγεθος της λιμωμένης δεξαμενής αυξάνονται ανάλογα. Όταν αυξάνεται μόνο η ταχύτητα σάρωσης, ο μέσος ρυθμός θέρμανσης και ο ρυθμός ψύξης στη λιωμένη δεξαμενή αυξάνονται σταθερά, ενώ το μέγεθος της λιωμένης δεξαμενής μειώνεται σχετικά. η απόσταση σάρωσης επηρεάζει το φαινόμενο επανατήξης μεταξύ των καναλιών τήξης, ενώ το πάχος της σκόνης επηρεάζει το φαινόμενο συγκόλλησης μεταξύ των στρωμάτων σάρωσης.

2.5 Συνδυασμένη πηγή θερμότητας

Η ενιαία πηγή θερμότητας κατανομής όγκου απλοποιεί τον νόμο κατανομής της πηγής θερμότητας στην κατεύθυνση του βάθους της λιμωμένης δεξαμενής και δεν διακρίνει τη διαφορά κατανομής της ενέργειας λέιζερ στην επιφάνεια και στο εσωτερικό της λιμνής δεξαμενής [34]. Επομένως, προκύπτουν συνδυασμένες πηγές θερμότητας, όπως η τμηματοποιημένη πηγή θερμότητας σώματος, η συνδυασμένη πηγή θερμότητας διπλού ελλειψοειδούς κώνου και η συνδυασμένη πηγή θερμότητας που συνδυάζει την επιφανειακή πηγή θερμότητας Gauss και την πηγή θερμότητας σώματος. Η συνδυασμένη πηγή θερμότητας συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της πηγής θερμότητας επιφάνειας και της πηγής θερμότητας του σώματος, είναι περισσότερο σύμφωνη με τις πραγματικές συνθήκες εργασίας και έχει μεγαλύτερη ακρίβεια προσομοίωσης. Στη συνδυασμένη πηγή θερμότητας, η επιφανειακή πηγή θερμότητας είναι γενικά μια επιφανειακή πηγή θερμότητας κατανομής ροής θερμότητας Gauss και η πηγή θερμότητας σώματος είναι γενικά μια γραμμικά εξασθενημένη πηγή θερμότητας κυλίνδρου Gauss ή μια περιστρεφόμενη πηγή θερμότητας σώματος με φθίνουσα ροή θερμότητας [35].

Οι Cai Haipeng et al. [36] βελτίωσε την πηγή θερμότητας συγκόλλησης με βάση την κινούμενη πηγή θερμότητας Gauss, καθιέρωσε ένα μοντέλο τμηματοποιημένης πηγής θερμότητας, χρησιμοποίησε χονδροειδή πλέγματα και κατάλληλη τμηματοποίηση της πηγής θερμότητας για τον υπολογισμό του προβλήματος παραμόρφωσης συγκόλλησης και συνδύασε την τοπική τεχνολογία ραφιναρίσματος για την προσομοίωση του εξέλιξη του στρες. Οι Wang Qibing et al. [37] χρησιμοποίησε μια συνδυασμένη πηγή θερμότητας που συνδύαζε το πάνω μέρος της διπλής ελλειψοειδούς πηγής θερμότητας και το κάτω μέρος της περιστρεφόμενης πηγής θερμότητας σώματος Gaussian για να προσομοιώσει τη θερμότητα και το πεδίο ροής της λιωμένης λίμνης κατά τη διάρκεια της υβριδικής συγκόλλησης λέιζερ-MIG του χάλυβα Invar. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κατανομή πεδίου θερμοκρασίας λιμνής λίμνης που προσομοιώθηκε από τη συνδυασμένη πηγή θερμότητας ήταν βασικά συνεπής με τα πραγματικά πειραματικά αποτελέσματα. Xie Yinkai et al. [38] δημιούργησε μια συνδυασμένη πηγή θερμότητας μιας παραβολικής περιστρεφόμενης πηγής θερμότητας σώματος (κάτω μισό) και μιας κυλινδρικής πηγής θερμότητας (πάνω μισό) (όπως φαίνεται στο Σχήμα 16) για να προσομοιώσει τις ειδικές διαταραχές του μεγέθους της λιωμένης πισίνας, της ροής τήγματος και του αερίου -Διασύνδεση χωρίς υγρά κατά την επιλεκτική τήξη με λέιζερ. Στην επένδυση μονής διέλευσης, η ταχύτητα σάρωσης και το πάχος του στρώματος σκόνης κυριαρχούν στους παράγοντες σχηματισμού πόρων. Για την επένδυση πολλαπλών περασμάτων, οι παράγοντες που επηρεάζουν το σχηματισμό πόρων είναι κυρίως η απόσταση σάρωσης και ο αριθμός των πόρων αυξάνεται με την αύξηση της απόστασης σάρωσης.

Οι Wang Yiwen et al. [39] καθιέρωσε ένα τρισδιάστατο συμμετρικό αριθμητικό μοντέλο για τη μεταβατική κίνηση και τη μεταφορά θερμότητας και μάζας της λιωμένης λίμνης με βάση το λογισμικό Fluent. Χρησιμοποιώντας μια τρισδιάστατη ημισφαιρική πηγή θερμότητας Gauss, αναλύθηκε η διαδικασία εξέλιξης και η συμπεριφορά ροής της διεπαφής υγρού/αερίου λιμνής λιμνών κάτω από διαφορετικές παραμέτρους διεργασίας και η σχέση μεταξύ της ροής, της θερμοκρασίας και του μεγέθους της λιμωμένης πισίνας και της ποιότητας της επιφάνειας καθορίστηκε, όπως φαίνεται στα Σχήματα 17 και 18, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μορφολογία του στρώματος επένδυσης μονής διέλευσης που ελήφθη από το πείραμα και την προσομοίωση είναι παρόμοια. Αφού σχηματιστεί μια σταθερή λιμωμένη δεξαμενή, το ρευστό στη λιωμένη λίμνη ρέει από την περιοχή υψηλής θερμοκρασίας στην περιοχή χαμηλής θερμοκρασίας σε ακτινωτό σχήμα και ο ρυθμός ροής αυξάνεται σταδιακά από τη μέση προς τα έξω. Η κάμερα παρακολουθεί τη ροή της σκωρίας σε πραγματικό χρόνο και η κατεύθυνση ροής του πεδίου προσομοίωσης ροής είναι συνεπής.

2.6 Άλλα μοντέλα πηγής θερμότητας

Με την περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας των υπολογιστών, ορισμένοι μελετητές έχουν βελτιστοποιήσει περαιτέρω το υπάρχον μοντέλο πηγής θερμότητας σύμφωνα με τις πραγματικές συνθήκες εργασίας και καθιέρωσαν ένα νέο μοντέλο πηγής θερμότητας. Επιπλέον, αριθμητικές προσομοιώσεις κάτω από ορισμένες ειδικές συνθήκες επεξεργασίας μπορούν επίσης να επιτευχθούν μέσω συγκεκριμένων μοντέλων πηγών θερμότητας, όπως μοντέλο πηγής θερμότητας δέσμης λέιζερ ευρείας ζώνης, μοντέλο πηγής θερμότητας κοίλου δακτυλίου κ.λπ.

Οι Lei Dingzhong et al. [40] χρησιμοποίησε το λογισμικό TracePro για να προσομοιώσει και να αναλύσει τη διαδρομή φωτός και την κατανομή της εστιασμένης φωτεινής ροής W που σχηματίζεται από το ακροφύσιο επένδυσης λέιζερ ευρείας ζώνης με τροφοδοσία σκόνης στο φως και καθιέρωσε ένα τρισδιάστατο μαθηματικό μοντέλο της ευρυζωνικής κοίλου δακτυλίου λέιζερ στην επιφάνεια του καθρέφτη. Οι Tseng et al. [41] πρότεινε ένα μοντέλο πηγής θερμότητας λέιζερ βασισμένο στο λογισμικό SYSWELD, ανέλυσε διεξοδικά την επίδραση των χαρακτηριστικών της δέσμης λέιζερ και των παραμέτρων της διαδικασίας στο πεδίο θερμοκρασίας και το σχήμα του στρώματος επένδυσης και σχεδίασε ένα αριθμητικό μοντέλο για πειραματική επαλήθευση επένδυσης λέιζερ, το οποίο μπορεί να εφαρμοστεί στην αριθμητική προσομοίωση άλλων διεργασιών επεξεργασίας λέιζερ. Οι Liu et al. [42] καθιέρωσε ένα μοντέλο πηγής θερμότητας δέσμης λέιζερ ευρείας ζώνης και η συνάρτηση κατανομής ενέργειας είναι: δείτε τον τύπο (8) στο σχήμα.
Όπου: I0=αβP/(wd). α είναι ο συντελεστής απορρόφησης λέιζερ, α=0.75; β είναι η απόδοση ισχύος, β=0.98; P είναι η ισχύς λέιζερ. d είναι το πλάτος της ευρυζωνικής κηλίδας λέιζερ, d=1.5 mm. w είναι το μήκος της ευρυζωνικής κηλίδας λέιζερ, w=15 mm. Οι Liu et al. [42] μελέτησε το πεδίο θερμοκρασίας και το πεδίο τάσης ενός στρώματος επένδυσης μονής διέλευσης σε επένδυση λέιζερ ευρείας δέσμης, όπου η κατανομή του πεδίου θερμοκρασίας φαίνεται στο σχήμα 19. Σε συνδυασμό με τα δεδομένα θερμοκρασίας, το μήκος, το πλάτος και το βάθος του τηγμένου πισίνα υπολογίστηκαν. Ταυτόχρονα, συζητήθηκαν οι επιδράσεις των παραμέτρων διεργασίας, όπως η ισχύς λέιζερ και η ταχύτητα σάρωσης στο μέγεθος της λιμωμένης πισίνας, την κλίση θερμοκρασίας, τον ρυθμό ψύξης και τον ρυθμό στερεοποίησης. Επιπλέον, μελετήθηκε η κατανομή του πεδίου θερμικής τάσης του στρώματος επένδυσης σε διαφορετικές κατευθύνσεις και σε διαφορετικές διαδρομές.

Ο Feng Yiqi [43] καθιέρωσε ένα επιλεκτικό μοντέλο μηχανικής λειωμένης λίμνης λιωμένου λέιζερ. Με βάση τα χαρακτηριστικά εξασθένησης ενέργειας του λέιζερ μέσα στην κλίνη σκόνης, χρησιμοποιήθηκε στην προσομοίωση μια πηγή θερμότητας σώματος εξασθένησης της έντασης λέιζερ: δείτε τον τύπο (9) στο σχήμα.
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του μοντέλου διασποράς σκόνης εισήχθησαν στο μοντέλο μηχανικής ρευστών λιμνών λιμνών για να προβλεφθεί η συμπεριφορά ροής της λιωμένης δεξαμενής και έγινε μια εις βάθος ανάλυση σχετικά με τη σχέση μεταξύ της συμπεριφοράς ροής, των οπών και του φαινομένου σφαιροποίησης του λιωμένου πισίνα σε επένδυση πολλαπλών περασμάτων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η κάτω επιφάνεια του πρόσθετου υλικού έχει πυκνότερη κατανομή σκόνης από την επίπεδη επιφάνεια πυθμένα. Λόγω της μεγάλης αβεβαιότητας της ροής της δεξαμενής τήγματος, το φαινόμενο σφαιροειδοποίησης εμφανίζεται κυρίως στην κάτω επιφάνεια του πρόσθετου υλικού και οι μη συγχωνευμένες οπές παράγονται κυρίως στο λαιμό του καναλιού τήγματος μεταξύ πολλαπλών στρωμάτων επένδυσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 20.

Song et al. [44] εξέτασε διεξοδικά το αποτέλεσμα εξασθένησης της αλληλεπίδρασης μεταξύ του πίδακα σκόνης και του λέιζερ και το φαινόμενο της ψύκτρας των μη λιωμένων σωματιδίων σκόνης που εισέρχονται στη λιωμένη λίμνη. Με βάση το λογισμικό COMSOL, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο πηγής θερμότητας για την προσομοίωση της ροής τήγματος και της επιφανειακής τάσης της διεπαφής αερίου-υγρού. Το πεδίο θερμοκρασίας και η κατανομή του πεδίου ροής φαίνονται στο Σχήμα 21. Ταυτόχρονα, προβλέφθηκε η καμπυλότητα της ελεύθερης επιφάνειας της λιωμένης λίμνης και το μέγεθος του στρώματος επένδυσης. Σε τρεις διαφορετικές κατευθύνσεις διατομής, η προσομοιωμένη κατεύθυνση βαθμίδωσης θερμοκρασίας είναι σύμφωνη με την κατεύθυνση ανάπτυξης των κόκκων. Η πειραματική επαλήθευση του πλάτους του στρώματος επένδυσης, του ύψους και του βάθους της λιωμένης λίμνης δείχνει ότι κάτω από τις παραμέτρους της διαδικασίας λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση των διαφορετικών δυνάμεων λέιζερ, τις ταχύτητες σάρωσης λέιζερ και τους ρυθμούς τροφοδοσίας σκόνης, το μέγιστο σφάλμα μεταξύ των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και των πειραματικών αποτελεσμάτων είναι 10%.

Οι Xu Jiachao et al. [45] καθιέρωσε ένα τρισδιάστατο μαθηματικό μοντέλο μιας πηγής θερμότητας λέιζερ κοίλου δακτυλίου συνδυάζοντας την ιδέα ενός γεωμετρικού σώματος περιστροφής και απέκτησε τον μαθηματικό αναλυτικό τύπο του ως εξής: δείτε τον τύπο (10) στο σχήμα.

Όπου: f1 είναι ο συντελεστής μετατροπής ενέργειας, f1≤1; Q είναι η ισχύς εισόδου θερμότητας, W; μ είναι η θέση κορυφής ενέργειας, η οποία συνήθως βρίσκεται στο κέντρο της περιοχής του δακτυλίου, δηλαδή μ=(R+r)/2. Το a είναι το 1/2 του πλάτους του δακτυλίου, δηλαδή (Rr)/2. Τα R και r είναι η εξωτερική διάμετρος και η εσωτερική διάμετρος της κηλίδας του δακτυλίου, mm. c είναι το βάθος της πηγής φωτός, mm. Οι σχετικές παράμετροι του μοντέλου πηγής θερμότητας προσδιορίστηκαν πειραματικά και το μοντέλο φορτώθηκε με βάση το λογισμικό COMSOL για την προσομοίωση της μεταβατικής κατανομής του πεδίου θερμοκρασίας και της καμπύλης θερμικού κύκλου της επένδυσης λέιζερ δακτυλίου. Η κορυφή της θερμοκρασίας και η κοιλάδα κορυφής μειώνονται και αυξάνονται αντίστοιχα λόγω της συσσώρευσης θερμότητας και της αγωγιμότητας της θερμότητας. Καθώς το ύψος του στρώματος αυξάνεται, η περιοχή αύξησης της θερμοκρασίας του στρώματος που έχει αποτεθεί γίνεται επίπεδη.

Συνοπτικά, τα εφαρμοστέα περιβάλλοντα πολλών ευρέως χρησιμοποιούμενων μοντέλων πηγών θερμότητας λέιζερ συνοψίζονται στον Πίνακα 1. Στην προσομοίωση πεδίου θερμοκρασίας, οι τάσεις κατανομής του πεδίου θερμοκρασίας που λαμβάνονται από διαφορετικά μοντέλα είναι παρόμοιες, όλα σε σχήμα ελλειπτικών κομητών και η κύρια διαφορά είναι οι διαφορετικές περιοχές υψηλής θερμοκρασίας. Στην προσομοίωση πεδίου ροής, η συνολική κατανομή του πεδίου ροής λιμνής λιμνής που λαμβάνεται από διαφορετικά μοντέλα πηγής θερμότητας είναι παρόμοια και η περιοχή υψηλής ταχύτητας συγκεντρώνεται επίσης στο κέντρο της λιμνής δεξαμενής. Η κύρια διαφορά είναι ότι το μέγεθος της λιωμένης πισίνας είναι διαφορετικό και το μοντέλο πηγής θερμότητας με μεγαλύτερη κατανομή ενέργειας αποκτά μικρότερο βάθος και πλάτος τήξης. Επειδή οι παράμετροι της διαδικασίας είναι πολύπλοκες στην πραγματική διαδικασία επένδυσης, ο Πίνακας 1 είναι μόνο για αναφορά και το μοντέλο πηγής θερμότητας θα πρέπει να επιλέγεται εύλογα σύμφωνα με τις πραγματικές πειραματικές συνθήκες.

3 Πρόοδος έρευνας της επιφάνειας ελεύθερου υγρού σε αριθμητική προσομοίωση επένδυσης λέιζερ

Στη διαδικασία επένδυσης με λέιζερ, η ελεύθερη επιφάνεια υγρού της λιωμένης δεξαμενής βρίσκεται σε άμεση επαφή με τον αέρα, ο οποίος επηρεάζεται κυρίως από την επιφανειακή τάση και καθορίζει άμεσα το προφίλ μεγέθους του στρώματος επένδυσης. Επί του παρόντος, οι κύριες μέθοδοι για τη μελέτη της ελεύθερης επιφάνειας της λιμωμένης λίμνης περιλαμβάνουν τη μέθοδο Level Set που βασίζεται σε σταθερά πλέγματα, τη μέθοδο Volume of Fluid, τη μέθοδο Coupled Level Set και τη μέθοδο Volume of Fluid, τη μέθοδο Phase Field και Αυθαίρετη μέθοδος Lagrangian-Eulerian βασισμένη σε κινούμενα πλέγματα.

3.1 Μέθοδος συνόλου επιπέδων

Η μέθοδος συνόλου επιπέδων (LS), γνωστή και ως μέθοδος συνάρτησης ισοεπιφάνειας[49], χρησιμοποιεί μια συνάρτηση πεδίου απόστασης για να περιγράψει τη δυναμική διεπαφή. Η μέθοδος Level Set προτάθηκε αρχικά για τη μελέτη της διεπαφής της πολυφασικής ροής και τώρα χρησιμοποιείται επίσης στην αναγνώριση εικόνας, την ανακατασκευή διεπαφής και άλλα πεδία. Liu et al.[50] χρησιμοποίησε τη μέθοδο Level Set για να παρακολουθήσει την ελεύθερη επιφάνεια του λιωμένου μετάλλου σε επιλεκτική τήξη με λέιζερ και διαπίστωσε ότι η ασταθής διαταραχή που προκαλείται από την αλλαγή της επιφανειακής τάσης προκάλεσε τοπικές κοιλότητες στην επιφάνεια της λιωμένης λίμνης, επηρεάζοντας έτσι την επιφανειακή τραχύτητα της επένδυσης στρώση μετά το σχηματισμό. Ωστόσο, η αριθμητική διάχυση της μεθόδου LS είναι σχετικά σοβαρή κατά τον υπολογισμό, η οποία είναι επιρρεπής σε προβλήματα μαζικής μη διατήρησης.

3.2 Μέθοδος όγκου υγρού

Η μέθοδος Volume of Fluid (VOF) περιγράφει την ελεύθερη διεπαφή ορίζοντας μια συνάρτηση κλάσματος όγκου και αναδομεί τη διεπαφή επιλύοντας το κλάσμα όγκου σε ένα μόνο πλέγμα. Η μέθοδος VOF έχει καλύτερη διατήρηση μάζας από τη μέθοδο LS. Ο Ye Chen [51] προσομοίωσε και προέβλεψε το προφίλ μεγέθους του στρώματος επένδυσης της επένδυσης λέιζερ με βάση τη μέθοδο VOF και επαλήθευσε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης με ορθογώνια πειράματα. Τα αποτελέσματα σύγκρισης των τριών ομάδων δεδομένων, δηλαδή του ύψους τήξης, του βάθους τήξης και του ρυθμού αραίωσης, έδειξαν απόκλιση εντός 10%, γεγονός που απέδειξε την ακρίβεια του αριθμητικού μοντέλου. Ωστόσο, η ακρίβεια της ελεύθερης διεπαφής που κατασκευάστηκε με τη μέθοδο VOF δεν είναι αρκετά υψηλή και η ροή στην κανονική κατεύθυνση της διεπαφής δεν μπορεί να παρακολουθηθεί με ακρίβεια [52]. Οι Wen Baoxian et al. [53] καθιέρωσε ένα μοντέλο πηγής θερμότητας σώματος κατανομής ενέργειας λέιζερ στην κλίνη σκόνης με βάση τον νόμο διάδοσης της δέσμης φωτός στο μέσο σκόνης με βάση το fluent λογισμικό και τροποποίησε την κλασική μέθοδο VOF και πρότεινε μια μέθοδο VOF που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση του φαινομένου της κατάρρευσης μετά την τήξη της σκόνης. Τα αποτελέσματα του υπολογισμού δείχνουν ότι η αλλαγή στον όγκο του στρώματος σκόνης θα επηρεάσει το πεδίο θερμοκρασίας και το πεδίο ταχύτητας της λιωμένης πισίνας και του περιβάλλοντός της, καθώς και την τελική μορφολογία του τεμαχίου εργασίας.

3.3 Μέθοδος συνόλου συζευγμένων επιπέδων και μέθοδος όγκου υγρού

Η μέθοδος Coupled Level-set with VOF (CLSVOF) συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της μεθόδου LS και της μεθόδου VOF και έχει καλή ακρίβεια ανακατασκευής διεπαφής και διατήρηση μάζας. Wei et al. [54] συνδύασε τη μέθοδο LS και τη μέθοδο VOF για να προτείνει ένα μοντέλο συζευγμένης πολυφασικής ροής για τη μελέτη της μεταφοράς θερμότητας και μάζας κατά την εναπόθεση θερμού σύρματος λέιζερ και τη ροή της ελεύθερης επιφάνειας. Το μοντέλο μπορεί να καταγράψει τις ανεπαίσθητες διακυμάνσεις της διεπαφής αερίου/υγρού τόσο μικρές όσο περίπου 0.03 mm. Οι Wang Xiangyu et al. [55] χρησιμοποίησε τη μέθοδο CLSVOF για να προβλέψει την αλλαγή της ελεύθερης επιφάνειας υγρού της λιωμένης δεξαμενής, ανέλυσε τη μεταφορά μάζας μέσα στη λιωμένη δεξαμενή και πρότεινε ένα μοντέλο πολυφασικής ροής για την προσομοίωση της μικροροής της επένδυσης με λέιζερ ετερογενών υλικών. Οι αποκλίσεις μεταξύ του πειράματος και της προσομοίωσης ήταν εντός 9%. Επιπλέον, στον τομέα της επιλεκτικής τήξης με λέιζερ, οι Thorsten Heeling et al. [56] καθιέρωσε ένα μοντέλο αριθμητικής προσομοίωσης της λιωμένης δεξαμενής με βάση τη μέθοδο CLSVOF. Κατά την ανάλυση του μεγέθους της λιμωμένης δεξαμενής που λήφθηκε με προσομοίωση και πείραμα, βρέθηκε ότι η απόκλιση του βάθους της λιμωμένης λίμνης αυξήθηκε με την αύξηση της ταχύτητας σάρωσης, ενώ η απόκλιση του μεγέθους της διατομής μειώθηκε με την αύξηση της ταχύτητας σάρωσης.

3.4 Μέθοδος πεδίου φάσης

Η μέθοδος Phase Field (PF) βασίζεται στη θεωρία Ginzburg-Landau και επιλύει τις μεταβατικές αλλαγές της διεπαφής μέσω διαφορικών εξισώσεων [57]. Σε αντίθεση με τη μέθοδο VOF, δεν απαιτεί ανακατασκευή της διεπαφής. Σε σύγκριση με τη μέθοδο LS, δεν απαιτεί κουραστική προετοιμασία της συνάρτησης απόστασης. Το ποσό υπολογισμού είναι σχετικά μικρό και έχει μοναδικά πλεονεκτήματα στην αντιμετώπιση προβλημάτων επιφάνειας ελεύθερου υγρού με μικρότερες κλίμακες ή υψηλή ευαισθησία επιφανειακής τάσης. Οι Jin et al. [58] καθιέρωσε ένα δισδιάστατο μοντέλο αριθμητικής προσομοίωσης της τήξης του στρώματος σκόνης λέιζερ με βάση τη μέθοδο πεδίου φάσης και διαπίστωσε ότι το φαινόμενο Marangoni θα προκαλέσει το σχηματισμό φυσαλίδων στη λιωμένη λίμνη. Η διαδικασία επανατήξης και η αύξηση της ισχύος του λέιζερ μπορεί να βοηθήσει στην εξάλειψη των πόρων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 22.

3.5 Αυθαίρετες μέθοδοι Lagrangian και Euler

Η μέθοδος Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) παρακολουθεί τη δυναμική διεπαφή μέσω της συνάρτησης κίνησης της διεπαφής. Συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των δύο μεθόδων περιγραφής, του Lagrangian και του Eulerian, και έχει προφανή πλεονεκτήματα στην αντιμετώπιση προβλημάτων σύζευξης υψηλής ακρίβειας ελεύθερης επιφάνειας υγρού και υγρού-στερεού. Με βάση τη μέθοδο ALE, οι Tian et al. [59] χρησιμοποίησε το λογισμικό COMSOL για να δημιουργήσει ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων μεταφοράς θερμότητας και ροής ρευστού που περιέχει πολλαπλές φυσικές παραμέτρους και διερεύνησε την επίδραση διαφορετικών παραμέτρων διεργασίας στον ρυθμό αραίωσης και τη γεωμετρία της λιωμένης δεξαμενής. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος, ο ρυθμός αραίωσης σχετίζεται γραμμικά με τη σχετική αναλογία ενέργειας προς μάζα. Επιπλέον, με την αύξηση της σχετικής αναλογίας ενέργειας προς μάζα, συνοδευόμενη από τη ροή του ρευστού στη λιωμένη δεξαμενή, η διεπαφή στερεού-υγρού σε σχήμα τόξου στον πυθμένα της λιμωμένης δεξαμενής αλλάζει σταδιακά από ρηχή σε βαθιά, όπως φαίνεται στο Σχήμα 23. Οι Gan et al. [60] καθιέρωσε ένα πολυφασικό μοντέλο μεταφοράς θερμότητας και μάζας για άμεση εναπόθεση λέιζερ και χρησιμοποίησε τη μέθοδο ALE που βασίζεται στην τεχνολογία δυναμικού πλέγματος για την παρακολούθηση των δυναμικών αλλαγών της επιφάνειας της λιωμένης πισίνας και υπολόγισε το προφίλ μεγέθους λιμνών και την κατανομή της σύνθεσης, δείχνοντας ότι Η μεταφορά είναι ο κύριος μηχανισμός μεταφοράς μάζας στοιχείων κράματος στη λιωμένη δεξαμενή.
Συνοπτικά, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των παραπάνω μεθόδων παρακολούθησης ελεύθερης επιφάνειας υγρού συνοψίζονται στον Πίνακα 2.

4 Επαλήθευση μοντέλου προσομοίωσης λιωμένης πισίνας με επένδυση λέιζερ

Στη μελέτη της αριθμητικής προσομοίωσης επένδυσης λέιζερ, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα εύλογο μοντέλο αριθμητικής ανάλυσης και να επαληθευτεί το μοντέλο. Η τρέχουσα επαλήθευση μοντέλου γίνεται κυρίως μέσω της απόκτησης θερμοκρασίας, εικόνας και άλλων σημάτων λιωμένης λίμνης, με χρήση τεχνολογίας υπολογιστή για επεξεργασία σήματος και, τέλος, σύγκριση και επαλήθευση με δεδομένα προσομοίωσης πεδίου θερμοκρασίας και πεδίου ροής.

4.1 Επαλήθευση πεδίου θερμοκρασίας

Η ανίχνευση θερμοκρασίας λιωμένης πισίνας με επένδυση λέιζερ χωρίζεται σε ανίχνευση επαφής και ανίχνευση χωρίς επαφή [62]. Η ανίχνευση θερμοκρασίας επαφής που χρησιμοποιείται συνήθως γίνεται κυρίως μέσω μέτρησης θερμοκρασίας θερμοστοιχείου και το στοιχείο ανίχνευσης θερμοκρασίας βρίσκεται σε άμεση επαφή με τον προς μέτρηση στόχο. Το πλεονέκτημα είναι η απλή λειτουργία και η υψηλή ακρίβεια ανίχνευσης. Οι Li Yanmin et al. [63] χρησιμοποίησε θερμοστοιχεία για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του υποστρώματος και συνδυάστηκε με αριθμητική προσομοίωση για να αναλύσει την κατανομή θερμοκρασίας μέσα στη λιωμένη δεξαμενή και έλαβε κατά προσέγγιση την αλλαγή θερμοκρασίας της λιμωμένης λίμνης. Δεδομένου ότι η θερμοκρασία στο κέντρο της λιωμένης πισίνας με επένδυση λέιζερ είναι πολύ υψηλή, το στοιχείο ανίχνευσης θερμοκρασίας δεν μπορεί να μετρήσει τη θερμοκρασία στο κέντρο της λιμωμένης πισίνας και το μακροχρόνιο περιβάλλον εργασίας σε υψηλή θερμοκρασία θα μειώσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμό ανίχνευσης. Ως εκ τούτου, η τρέχουσα ανίχνευση θερμοκρασίας λιωμένης πισίνας γενικής ροής υιοθετεί μέτρηση θερμοκρασίας χωρίς επαφή. Η μέτρηση θερμοκρασίας χωρίς επαφή της λιωμένης πισίνας με επένδυση λέιζερ περιλαμβάνει κυρίως μονόχρωμη μέτρηση θερμοκρασίας, χρωματομετρική μέτρηση θερμοκρασίας και λήψη σήματος εικόνας και μέτρηση θερμοκρασίας μέσω CCD [64]. Οι Peng Cheng et al. [65] χρησιμοποίησε το λογισμικό ANSYS για να προσομοιώσει την κατανομή του πεδίου θερμοκρασίας κατά τη διαδικασία διαμόρφωσης επένδυσης λεπτού τοιχώματος από κράμα τιτανίου και σχεδίασε ένα σύστημα online ανίχνευσης θερμοκρασίας λιωμένης πισίνας με κοίλο δακτύλιο με επένδυση λέιζερ χρησιμοποιώντας ένα θερμόμετρο δύο χρωμάτων, μέτρησε την πραγματική θερμοκρασία και επαλήθευσε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι καθώς το στρώμα εναπόθεσης συσσωρεύεται προς τα πάνω, το φαινόμενο συσσώρευσης θερμότητας γίνεται πιο σοβαρό. Forien et al. [66] σχεδίασε ένα επιτόπιο σύστημα ανίχνευσης για τη λίμνη λιωμένου στη διαδικασία τήξης του στρώματος σκόνης λέιζερ χρησιμοποιώντας μέτρηση θερμοκρασίας διόδου υψηλής θερμοκρασίας και τεχνολογία απεικόνισης υψηλής ταχύτητας. Βρήκαν ότι η αλλαγή στο σήμα του πυρομέτρου σχετιζόταν με την περιοχή σχηματισμού πόρων και η πιθανότητα σχηματισμού πόρων αυξήθηκε απότομα στην περιοχή μετάβασης σήματος υψηλής θερμοκρασίας (5%~95%).

4.2 Επαλήθευση πεδίου ροής

Η επαλήθευση πεδίου ροής της λιωμένης δεξαμενής περιλαμβάνει κυρίως δύο τύπους: ανίχνευση επιτόπου και ανίχνευση μη επιτόπου. Η επιτόπια ανίχνευση χρησιμοποιεί κυρίως μια κάμερα CCD ή μια κάμερα CMOS για τη λήψη της εικόνας μορφολογίας της επιφάνειας της λιωμένης λίμνης σε πραγματικό χρόνο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επένδυσης λέιζερ. Μετά την επεξεργασία της εικόνας, συγκρίνεται με τα δεδομένα προσομοίωσης για επαλήθευση. Οι Wirth et al. [67] σχεδίασε ένα σύστημα λήψης εικόνων κάμερας υψηλής ταχύτητας με επένδυση λέιζερ (όπως φαίνεται στο Σχήμα 24) για να αποκτήσει τον νόμο ροής της επιφάνειας της λιωμένης λίμνης και την ταχύτητα κίνησης των σωματιδίων. Η ανάλυση διαπίστωσε ότι η τοπική κατεύθυνση ροής της λιωμένης δεξαμενής επηρεάζεται από τις παραμέτρους της διαδικασίας και έχει μια ορισμένη τυχαιότητα. Στις περισσότερες αριθμητικές προσομοιώσεις, η υπόθεση ότι το ρευστό στη λιωμένη δεξαμενή είναι στρωτή ροή θα έχει κάποιο αντίκτυπο στα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Οι Huang Jiankang et al. [68] χρησιμοποίησε τη μέθοδο ανίχνευσης σωματιδίων σε συνδυασμό με σύστημα απεικόνισης καθρέφτη λιωμένης πισίνας για να μελετήσει τη συμπεριφορά ροής της επιφάνειας λιωμένης πισίνας συγκόλλησης TIG. Βαθμονόμηση της σχέσης χαρτογράφησης μεταξύ του πραγματικού πλάτους λιωμένης πισίνας και του πλάτους εικονοστοιχείων των δεδομένων βίντεο, υπολόγισαν ότι η ταχύτητα ροής της επιφάνειας της λιωμένης πισίνας ήταν περίπου 12 mm/s (ανοξείδωτος χάλυβας 304) και 15 mm/s (άνθρακας Q235 ατσάλι). Η μη-in-situ ανίχνευση ανιχνεύει κυρίως το προφίλ μεγέθους και τις μηχανικές ιδιότητες των πειραματικών δειγμάτων και στη συνέχεια τα συγκρίνει με τα δεδομένα προσομοίωσης για επαλήθευση. Ο Wu Jiazhu [68] μελέτησε τον μηχανισμό μεταφοράς ροής θερμότητας της διαδικασίας άμεσης εναπόθεσης μετάλλων με λέιζερ, μέτρησε το βάθος τήξης του δείγματος και το ύψος του στρώματος εναπόθεσης που λήφθηκαν από το πείραμα και τα σύγκρινε με τα δεδομένα προφίλ σχήματος λιμνής λιμνών που ελήφθησαν από την προσομοίωση, επαληθεύοντας ότι το μοντέλο έχει υψηλή ακρίβεια πρόβλεψης (≥95%).

5 Περίληψη και Outlook

Η προσομοίωση πεδίου θερμοκρασίας και πεδίου ροής της επένδυσης λέιζερ ευνοεί την αποκάλυψη των μεταλλουργικών δυναμικών χαρακτηριστικών της λιωμένης δεξαμενής, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν τα ακόλουθα προβλήματα:

1) Στη μελέτη της προσομοίωσης πεδίου ροής λιμνών λιμνών, οι οριακές συνθήκες δεν είναι τέλειες. Γενικά, μόνο η επιφανειακή τάση, η βαρύτητα και η άνωση της λιωμένης δεξαμενής λαμβάνονται υπόψη για τις δυνάμεις στο ρευστό στη λιωμένη δεξαμενή και η πίεση του προστατευτικού αερίου και η πρόσκρουση των σωματιδίων μη λιωμένης σκόνης στην επιφάνεια της λιωμένης λίμνης θεωρούνται λιγότερο .

2) Στη διαδικασία της μελέτης των αλλαγών στο πεδίο θερμοκρασίας και στο πεδίο ροής μέσα στη λιμωμένη δεξαμενή, ορισμένοι μελετητές θα προκαθορίσουν το σχήμα του στρώματος επένδυσης εκ των προτέρων ή θα υποθέσουν ότι η λιωμένη δεξαμενή βρίσκεται στο επίπεδο κατά την καθιέρωση του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων , ενώ αγνοείται η ελεύθερη επιφάνεια του υγρού/αερίου της λιωμένης πισίνας, γεγονός που περιορίζει την ακρίβεια αυτών των μοντέλων για την ανάλυση της κίνησης της λιμνής λίμνης και της διεπαφής υγρού/αερίου, καθώς και τη μελέτη του μηχανισμού ροής της λιμνής δεξαμενής.

3) Οι περισσότερες μελέτες βασίζονται σε οριζόντια υποστρώματα, αλλά τα μέρη που πρέπει να επισκευαστούν είναι συχνά πολύπλοκα σε σχήμα και σε μη οριζόντιες επιφάνειες βάσης. Επομένως, η επένδυση λέιζερ σε μη οριζόντιες επιφάνειες βάσης χρειάζεται περαιτέρω έρευνα.

Λαμβάνοντας υπόψη τις παραπάνω ελλείψεις, προτείνονται τα ακόλουθα μέτρα βελτίωσης.

1) Βελτιώστε τις οριακές συνθήκες. Η πίεση του προστατευτικού αερίου μετράται πειραματικά, ποσοτικοποιείται και προστίθεται στην επιφάνεια της λιωμένης δεξαμενής ως οριακή συνθήκη.

2) Βελτιώστε το αριθμητικό μοντέλο. Η έρευνα προσομοίωσης του πεδίου ροής σκόνης του ακροφυσίου επένδυσης λέιζερ είναι ήδη πολύ ώριμη. Μπορούμε να προσπαθήσουμε να συνδυάσουμε το μοντέλο διακριτής φάσης για να προσθέσουμε ταυτόχρονα υλικά σκόνης για να σχηματίσουμε το στρώμα επένδυσης κατά τη διαδικασία προσομοίωσης και να δημιουργήσουμε ένα κατάλληλο μοντέλο μεταφοράς θερμότητας και μάζας πολλαπλών φάσεων.

3) Ο μηχανισμός σχηματισμού και η διαδικασία εξέλιξης του στρώματος επένδυσης θα πρέπει να αναλυθούν σε συνδυασμό με την εσωτερική δύναμη της λιωμένης δεξαμενής και μια επιστημονική εξήγηση της συμπεριφοράς ροής και των μορφολογικών αλλαγών της λιωμένης λίμνης υπό μεταβλητή στάση θα είναι η επόμενη βασική έρευνα κατεύθυνση.