Analytical proof of the scaling laws applicability for additive manufacturing

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

It is shown that the problem of describing the technology of additive laser deposition can be considered within the framework of a self-similar thermal conductivity equation. It is shown that, under certain conditions, the depth of substrate penetration is well described by a self-similar solution. Based on the obtained self-similar solution, a two-parameter dependence of the penetration depth on the Peclet number (the ratio of the scanning speed to the rate of temperature change in the material) and dimensionless enthalpy (the ratio of the specific energy absorbed by the material and the energy required for melting) was obtained. It is shown that the obtained analytical dependence describes the experimental data quite accurately.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. M. Fomin

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: fomin@itam.nsc.ru

Academician of the RAS

Russian Federation, Novosibirsk

A. A. Golyshev

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: alexgol@itam.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

A. E. Medvedev

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: medvedev@itam.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

A. G. Malikov

Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: smalik707@yandex.ru
Russian Federation, Novosibirsk

References

  1. Mukherjee T., DebRoy T. Control of asymmetric track geometry in printed parts of stainless steels, nickel, titanium and aluminum alloys // Computational Materials Science. 2020. V. 182. 109791. https://doi.org/10.1016/J.COMMATSCI.2020.109791
  2. Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Ефимов М.О., Шлярова Ю.А. Структура и свойства высокоэнтропийного сплава ALCRFECONI после электронно-ионно-плазменной обработки // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2023. T. 511. № 1. С. 5–9. https://doi.org/10.31857/S2686740023040041
  3. Weaver J.S., Heigel J.C., Lane B.M. Laser spot size and scaling laws for laser beam additive manufacturing // J. Manufacturing Processes. 2022. V. 73. № August 2021. P. 26–39. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.10.053
  4. Rubenchik A.M., King W.E., Wu S.S. Scaling laws for the additive manufacturing // J. Materials Processing Technology. 2018. V. 257. P. 234–243. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.02.034
  5. Golyshev A.A., Malikov A.G. Scaling laws for the additive manufacturing of the AISI 316 L deposited by laser surface cladding and direct metal deposition methods // Optik. 2023. V. 295. August. № 171506. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2023.171506
  6. Голышев А.А., Сибирякова Н.А. Законы подобия при прямом лазерном вырашивании металлокерамических треков // Прикладная механика и техническая физика. 2023. V. 64. № 5. P. 102–107. https://doi.org/10.15372/PMTF202315287
  7. Eagar T.W., Tsai N.S. Temperature Fields Produced By Traveling Distributed Heat Sources // Welding Journal (Miami, Fla). 1983. V. 62. № 12. P. 346–355.
  8. Волосевич П.П., Леванов Е.И. Автомодельные решения задач газовой динамики и теплопереноса. М.: Изд-во МФТИ, 1997. 240 с.
  9. Mukherjee T., Manvatkar V., De A., DebRoy T. Dimensionless numbers in additive manufacturing // Journal of Applied Physics. 2017. V. 121. № 064904. https://doi.org/10.1063/1.4976006

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme (a) and photographs of cross-sections of individual tracks during laser cladding of a powder mixture of VT-6 + 10% by weight SiC: thermal conductivity mode ( , ) (b); “dagger” penetration mode ( , ) (c).

Download (164KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dimensionless half-width of penetration w/2D depending on dimensionless enthalpy B. Comparison of experimental results (circles) with calculations (line) using formula (10) for n = 0.35, k = 1.

Download (84KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dimensionless half-width of penetration w/2D depending on the Peclet number Pe. Comparison of experimental results (circles) with calculations (line) using formula (10) at n = 0.35, k = 1.

Download (94KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dimensionless penetration depth h/D depending on the Peclet number Pe. Comparison of experimental results (circles) with calculations (line) using formula (10) at n = 0.35, k = 1. The following regions are highlighted: I – zone of “dagger” penetration, II – zone of thermal conductivity.

Download (99KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».