Publicação
Computational modelling of the selective laser sintering process
| Resumo: | A Manufatura Aditiva (AM do inglês Additive Manufacturing) tem ganho popularidade em várias indústrias importantes e exigentes devido à sua capacidade de produzir peças com geometrias complexas e pouco desperdício. Como uma das suas mais populares técnicas, a Sinterização Seletiva a Laser (SLS do inglês Selective Laser Sintering) é muito procurada por diversas indústrias que pretendem substituir processos convencionais mais dispendiosos. No entanto, o processo de SLS é intrinsecamente complexo devido aos vários fenómenos multi-fisícos e são necessários mais estudos para obter uma melhor perceção dos mesmos. Isto tem originado um elevado interesse académico em otimizar o processo para que este cumpra os requisitos industriais. Grande parte destas otimizações são feitas através de métodos experimentais que são demorados, dispendiosos e nem sempre resultam nas configurações ótimas. Este enquadramento tem motivado investigadores a recorrer à modelação computacional com o objetivo de entender melhor o processo, de modo a antecipar e corrigir defeitos. O objetivo principal do presente trabalho foi desenvolver um modelo capaz de simular o processo de SLS para aplicações poliméricas, em código de distribuição livre, à escala do tamanho da partícula. Como são necessárias abordagens distintas para simular com precisão cada etapa do processo, diferentes métodos numéricos foram aplicados para desenvolver uma ferramenta capaz de estudar o impacto, numa secção representativa da cama de pó, dos parâmetros físicos que podem ser ajustados no processo. O trabalho desenvolvido integrou diversas etapas, começando por um estudo extenso dos aspetos teóricos do processo de SLS que visou a familiarização com os fenómenos envolvidos, o desenrolar do processo, os seus parâmetros e respetivas influências, assim como a avaliação das limitações e desafios existentes. Este estudo foi seguido por uma análise detalhada dos modelos mais populares empregues para representar os principais fenómenos associados ao processo e do nível de precisão das abordagens, com base nas simplificações consideradas. Um conjunto de ferramentas computacionais foi posteriormente apresentado e os seus respetivos modelos selecionados, quando possível, de acordo com a revisão bibliográfica efetuada. Por último, vários testes foram executados, visando uma validação experimental qualitativa dos códigos utilzados, para garantir que o modelo em uso era adequado para simular o processo, permitindo o estudo e observação da influência dos principais parâmetros do processo e a evolução da sinterização. Os desenvolvimentos obtidos representam um avanço significativo para a simulação do processo de SLS. Com o uso de software open-source (LIGGGHTS e OpenFOAM), vários estudos foram feitos numa geometria realista e, apesar da ausência de dados experimentais suficientes e mais detalhados, os resultados da simulação mostraram-se bem correlacionados com os usados para comparação. Em suma, o trabalho efetuado permitiu concluir que a ferramenta desenvolvida apresenta um elevado potencial para estudar, com detalhe, o processo de SLS e a influência dos seus parâmetros e, deste modo, contribuir para a sua otimização. |
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| Autores principais: | Castro, João da Costa Teixeira e |
| Assunto: | Sinterização Seletiva a Laser (SLS) Polímeros Modelação numérica OpenFOAM LIGGGHTS Selective Laser Sintering (SLS) Polymer Numerical modelling |
| Ano: | 2022 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A Manufatura Aditiva (AM do inglês Additive Manufacturing) tem ganho popularidade em várias indústrias importantes e exigentes devido à sua capacidade de produzir peças com geometrias complexas e pouco desperdício. Como uma das suas mais populares técnicas, a Sinterização Seletiva a Laser (SLS do inglês Selective Laser Sintering) é muito procurada por diversas indústrias que pretendem substituir processos convencionais mais dispendiosos. No entanto, o processo de SLS é intrinsecamente complexo devido aos vários fenómenos multi-fisícos e são necessários mais estudos para obter uma melhor perceção dos mesmos. Isto tem originado um elevado interesse académico em otimizar o processo para que este cumpra os requisitos industriais. Grande parte destas otimizações são feitas através de métodos experimentais que são demorados, dispendiosos e nem sempre resultam nas configurações ótimas. Este enquadramento tem motivado investigadores a recorrer à modelação computacional com o objetivo de entender melhor o processo, de modo a antecipar e corrigir defeitos. O objetivo principal do presente trabalho foi desenvolver um modelo capaz de simular o processo de SLS para aplicações poliméricas, em código de distribuição livre, à escala do tamanho da partícula. Como são necessárias abordagens distintas para simular com precisão cada etapa do processo, diferentes métodos numéricos foram aplicados para desenvolver uma ferramenta capaz de estudar o impacto, numa secção representativa da cama de pó, dos parâmetros físicos que podem ser ajustados no processo. O trabalho desenvolvido integrou diversas etapas, começando por um estudo extenso dos aspetos teóricos do processo de SLS que visou a familiarização com os fenómenos envolvidos, o desenrolar do processo, os seus parâmetros e respetivas influências, assim como a avaliação das limitações e desafios existentes. Este estudo foi seguido por uma análise detalhada dos modelos mais populares empregues para representar os principais fenómenos associados ao processo e do nível de precisão das abordagens, com base nas simplificações consideradas. Um conjunto de ferramentas computacionais foi posteriormente apresentado e os seus respetivos modelos selecionados, quando possível, de acordo com a revisão bibliográfica efetuada. Por último, vários testes foram executados, visando uma validação experimental qualitativa dos códigos utilzados, para garantir que o modelo em uso era adequado para simular o processo, permitindo o estudo e observação da influência dos principais parâmetros do processo e a evolução da sinterização. Os desenvolvimentos obtidos representam um avanço significativo para a simulação do processo de SLS. Com o uso de software open-source (LIGGGHTS e OpenFOAM), vários estudos foram feitos numa geometria realista e, apesar da ausência de dados experimentais suficientes e mais detalhados, os resultados da simulação mostraram-se bem correlacionados com os usados para comparação. Em suma, o trabalho efetuado permitiu concluir que a ferramenta desenvolvida apresenta um elevado potencial para estudar, com detalhe, o processo de SLS e a influência dos seus parâmetros e, deste modo, contribuir para a sua otimização. |
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