Численное моделирование усадки и деформации при спекании в технологии металлопорошковой струйной печати (metal binder jetting) с экспериментальной валидацией

Спекание как этап постобработки в металлопорошковой струйной печати (metal binder jetting, MBJ) часто приводит к искажениям. Численные моделирования позволяют предсказывать деформации при спекании и сокращать дорогостоящие эксперименты методом проб и ошибок. В данной работе реализован численный подход, основанный на феноменологической модели спекания, для описания ползучей деформации при свободном спекании. Для верификации и калибровки материальной модели для MBJ проведены металлографические исследования, дилатометрические эксперименты и измерения вязкости вместо использования эмпирических моделей вязкости и напряжений спекания. С помощью откалиброванной материаловой модели предсказаны итоговые деформации при спекании для двух промышленных деталей. Воспроизводимость изделий MBJ иллюстрируется изготовлением семи образцов для каждой геометрии, предложен статистический метод оценки точности моделирования. Предсказания хорошо согласуются с экспериментальными результатами, особенно для образцов с меньшей высотой наращивания. По мере увеличения высоты наращивания в образцах MBJ число межслоевых зазоров в направлении наращивания растет, что приводит к анизотропной уплотненности. Это снижает точность предсказаний при допущении изотропной усадки, особенно в зонах нависающих элементов. Учет анизотропной усадки и неоднородного распределения плотности зелёных изделий в моделировании спекания необходим для повышения точности предсказаний для компонентов, изготовленных методом MBJ.