|
DOI: 10.14489/vkit.2026.10.pp.003-011
Коробов К. С., Статник Е. С., Меркулов М. А., Рипецкий А. В., Корсунский А. М.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ ПЛАТФОРМЫ ПОСТРОЕНИЯ НА ПЛОТНОСТЬ ПОРОШКОВОГО СЛОЯ ПРИ СЕЛЕКТИВНОМ ЛАЗЕРНОМ СПЛАВЛЕНИИ
(с. 3-11)
Аннотация. Представлена методика численного моделирования насыпной плотности порошка AlSi10Mg, используемого в процессе селективного лазерного сплавления (СЛП), с учетом реальных отклонений поверхности платформы построения. Измерения отклонений проводились методом лазерного сканирования со структурированным светом, а распределение размеров частиц порошка определялось методом лазерной дифрактометрии. Предложен алгоритм моделирования насыпной плотности в двумерном сечении с использованием генератора частиц и пространственного хэширования вдоль направления нанесения слоя. Проведен анализ влияния отклонений поверхности платформы на распределение плотности, а также проверены гипотезы о зависимости средней насыпной плотности от амплитуды отклонений и толщины слоя. Полученные результаты подтверждают существенное влияние неровностей поверхности на равномерность распределения порошка и подчеркивают необходимость их учета при подготовке платформы к технологическому процессу СЛП. Разработанный подход позволяет количественно оценивать влияние геометрии платформы на плотность формируемого слоя и может быть использован при цифровом моделировании и оптимизации параметров нанесения порошка.
Ключевые слова: аддитивные технологии; СЛП; AlSi10Mg; насыпная плотность порошка; распределение размеров частиц; моделирование насыпной плотности; локальная плотность слоя.
Korobov K. S., Statnik E. S., Merkulov M. A., Ripetskiy A. V., Korsunsky A. M.
INVESTIGATION OF BUILD PLATFORM SURFACE DEVIATIONS AND THEIR INFLUENCE ON THE SELECTIVE LASER MELTING PROCESS
(pp. 3-11)
Abstract. A numerical modeling approach is presented for estimating the apparent packing density of AlSi10Mg powder used in laser powder bed fusion (L-PBF), taking into account real deviations of the build platform surface. Surface deviations were measured using structured-light laser scanning, while the particle size distribution of the powder was determined by laser diffraction analysis. A two-dimensional algorithm was developed to simulate powder packing using a particle generator and spatial hashing along the recoating direction. The influence of build platform deviations on the local and average packing density was analyzed, and hypotheses concerning the dependence of mean packing density on surface deviation amplitude and layer thickness were tested. The obtained results confirm the significant effect of surface unevenness on the uniformity of powder distribution and emphasize the necessity of considering these deviations during build platform preparation for the L-PBF process. The proposed method enables quantitative evaluation of the geometrical influence of the platform on the packing density of the deposited layer and can be applied in digital modeling and optimization of powder spreading parameters.
Keywords: Additive manufacturing; L-PBF; AlSi10Mg; Powder packing density; Particle size distribution; Powder bed modeling; Local layer density.
К. С. Коробов (Центр инженерных систем и наук, Сколтех, Москва, Россия) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
Е. С. Статник (Московский Авиационный Институт (НИУ), Москва, Россия; Центр инженерных систем и наук, Сколтех, Москва, Россия)
М. А. Меркулов (Центр инженерных систем и наук, Сколтех, Москва, Россия)
А. В. Рипецкий (Московский Авиационный Институт (НИУ), Москва, Россия)
А. М. Корсунский (Московский Авиационный Институт (НИУ), Москва, Россия; Центр инженерных систем и наук, Сколтех, Москва, Россия)
K. S. Korobov (Center of Engineering Systems and Sciences, Skoltech, Moscow, Russia) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
E. S. Statnik (Moscow Aviation Institute (NRU), Moscow, Russia; Center of Engineering Systems and Sciences, Skoltech, Moscow, Russia)
M. A. Merkulov (Center of Engineering Systems and Sciences, Skoltech, Moscow, Russia)
A. V. Ripetskiy (Moscow Aviation Institute (NRU), Moscow, Russia)
A. M. Korsunsky (Moscow Aviation Institute (NRU), Moscow, Russia; Center of Engineering Systems and Sciences, Skoltech, Moscow, Russia)
1. Effects of Particle Size Distribution with Efficient Packing on Powder Flowability and Selective Laser Melting Process / Young Z., et al. // Materials. 2022. Vol. 15, No. 3. P. 705.
2. Binder Jetting Additive Manufacturing: Effect of Particle Size Distribution on Density / Du W., et al. // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2021. Vol. 143, No. 9. P. 091002.
3. Spatial Mapping of Powder Layer Density for Metal Additive Manufacturing Via Transmission X-ray Imaging / Penny R. W., et al. //Additive Manufacturing. 2021. Vol. 46. P. 102197.
4. Packing Density Optimization and Recyclability of Multi-Modal SiC Powder Feedstocks in Binder Jet Additive Manufacturing / Aguirre T. G., et al. // Ceramics International. 2025.
5. A Numerical Study on the Powder Flowability, Spreadability, Packing Fraction in Powder Bed Additive Manufacturing / Akib Y. M., et al. // International Manufacturing Science and Engineering Conference. American Society of Mechanical Engineers. 2022. Vol. 85802. P. V001T07A010.
6. Increase in Packing Density During Multi-Layer Powder Spreading: An Experimental and Numerical Study / Gaboriault O., et al. // arXiv preprint arXiv:2509.26402. 2025.
7. Subramanian R., Cwiok K., Kulkarni A. Surface Roughness of Additively Manufactured IN718 and H282 Superalloys from Multi-Size and Multi-Laser Machines // TMS Annual Meeting & Exhibition. Cham: Springer Nature Switzerland, 2023. P. 489–506.
8. Optimizing Surface Roughness and Density in Titanium Fabrication Via Laser Powder Bed Fusion / Hassanin H., et al. // Micromachines. 2023. Vol. 14, No. 8. P. 1642.
9. Optimization of Surface Roughness and Density of Overhang Structures Fabricated by Laser Powder Bed Fusion / Lin H. Y., et al. // 3D Printing and Additive Manufacturing. 2023. Vol. 10, No. 4. P. 732–748.
10. Experimental and Numerical Investigation of the Origin of Surface Roughness in Laser Powder Bed Fused Overhang Regions / Feng S., et al. // Virtual and Physical Prototyping. 2021. Vol. 16, Sup1. P. S66–S84.
11. Powder Surface Roughness as Proxy for Bed Density in Powder Bed Fusion of Polymers / Sillani F., et al. // Polymers. 2021. Vol. 14, No. 1. Art. 81. DOI: 10.3390/polym14010081
12. The Influence of Material Properties and Process Parameters on the Spreading Process in Additive Manufacturing / Shaheen M. Y., et al. // arXiv preprint arXiv:2007.10125. 2020.
13. Correlation Between Surface Texture and Internal Defects in Laser Powder-Bed Fusion Additive Manufacturing / Yonehara M., et al. // Scientific Reports. 2021. Vol. 11, No. 1. P. 22874.
1. Young, Z., et al. (2022). Effects of particle size distribution with efficient packing on powder flowability and selective laser melting process. Materials, 15(3), Article 705.
2. Du, W., et al. (2021). Binder jetting additive manufacturing: Effect of particle size distribution on density. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 143(9), Article 091002.
3. Penny, R. W., et al. (2021). Spatial mapping of powder layer density for metal additive manufacturing via transmission X-ray imaging. Additive Manufacturing, 46, Article 102197.
4. Aguirre, T. G., et al. (2025). Packing density optimization and recyclability of multi-modal SiC powder feedstocks in binder jet additive manufacturing. Ceramics International.
5. Akib, Y. M., et al. (2022). A numerical study on the powder flowability, spreadability, packing fraction in powder bed additive manufacturing. In International Manufacturing Science and Engineering Conference (Vol. 85802, Article V001T07A010). American Society of Mechanical Engineers.
6. Gaboriault, O., et al. (2025). Increase in packing density during multi-layer powder spreading: An experimental and numerical study. arXiv. https://arxiv.org/abs/2509.26402
7. Subramanian, R., Cwiok, K., & Kulkarni, A. (2023). Surface roughness of additively manufactured IN718 and H282 superalloys from multi-size and multi-laser machines. In TMS Annual Meeting & Exhibition (pp. 489–506). Springer Nature Switzerland.
8. Hassanin, H., et al. (2023). Optimizing surface roughness and density in titanium fabrication via laser powder bed fusion. Micromachines, 14(8), Article 1642.
9. Lin, H. Y., et al. (2023). Optimization of surface roughness and density of overhang structures fabricated by laser powder bed fusion. 3D Printing and Additive Manufacturing, 10(4), 732–748.
10. Feng, S., et al. (2021). Experimental and numerical investigation of the origin of surface roughness in laser powder bed fused overhang regions. Virtual and Physical Prototyping, 16(Suppl. 1), S66–S84.
11. Sillani, F., et al. (2021). Powder surface roughness as proxy for bed density in powder bed fusion of polymers. Polymers, 14(1), Article 81. https://doi.org/10.3390/polym14010081
12. Shaheen, M. Y., et al. (2020). The influence of material properties and process parameters on the spreading process in additive manufacturing. arXiv. https://arxiv.org/abs/2007.10125
13. Yonehara, M., et al. (2021). Correlation between surface texture and internal defects in laser powder-bed fusion additive manufacturing. Scientific Reports, 11(1), Article 22874.
|
Current Issue
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»