SIMULATION OF INERT GAS FLOW AND SPATTER TRAJECTORIES IN LASER POWDER-BED FUSION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis) Aremu 2023 Thesis v29.pdf Restricted to Repository staff only until 10 January 2025. Download (2MB)

Arabic Abstract

تُستخدم عملية دمج طبقة المسحوق بالليزر على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية نظرًا لقدرتها على إنتاج أشكال هندسية معقدة. وعلى الرغم من مزاياها، فإن التحديات المختلفة التي تؤثر على تكرار العملية أعاقت اعتمادها على نطاق واسع. أحد هذه التحديات، وأبرزها طرد الرذاذ، يؤثر على خشونة السطح، ويسبب المسامية، ويخلق عيوبًا في الأجزاء المطبوعة. في حين يتم التعرف على تدفق الغاز الخامل في غرفة التصميم كمعلمة رئيسية في إزالة البقع من لوحة التصميم، فإن توزيعه غير الموحد في غرفة التصميم يحد من فعاليته. تستخدم هذه الدراسة عمليات محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية المعتمدة لفحص مسارات التناثر وتقييم تأثير معدلات تدفق الغاز الخامل على الرذاذات ذات الأحجام المختلفة والمواد المقذوفة بزوايا ومواقع مختلفة على لوحة التصميم. وقد لوحظ أن الرشاشات هبطت على لوحة البناء إما عن طريق الترسيب المباشر، أو النقل عن طريق تدفق الهواء، أو إعادة التوجيه داخل منطقة إعادة التدوير. بالنسبة للتصميم الأساسي بمعدل تدفق غاز يبلغ 250 LPM، تم بنجاح نقل جميع جزيئات الترشيش مقاس 60 ميكرومتر من AlSi10Mg وSS316L وHastelloy X المقذوفة عند 20 درجة في اتجاه التدفق خارج لوحة التصميم. تم ترسيب معظم الرشاشات التي يبلغ طولها 120 ميكرومترًا والتي تم إخراجها من منتصف لوحة التصميم خارج لوحة التصميم، في حين هبطت جميع الرشاشات التي يبلغ طولها 180 ميكرومترًا على لوحة التصميم، بغض النظر عن موقع القذف واتجاه تدفق الغاز.

English Abstract

Laser powder-bed fusion (LPBF) process is widely employed in various industrial applications due to its capability to produce complex geometries. Despite its advantages, various challenges affecting the repeatability of the process have hindered its widespread adoption. One of these challenges, notably, spatter ejection, impacts the surface roughness, introduces porosity, and creates defects in printed parts. While inert gas flow in the build chamber is recognized as a key parameter in removing spatters from the build plate, its non-uniform distribution in the build chamber limits its effectiveness. This study employs validated Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations to examine spatter trajectories and assess the impact of inert gas flow rates on spatters of different sizes and materials ejected at different angles and locations on the build plate. It was observed that spatters landed on the build plate either by direct deposition, conveyance by airflow, or redirection within the recirculation zone. For the baseline design with a 250 LPM gas flow rate, all 60 μm spatter particles of AlSi10Mg, SS316L, and Hastelloy X ejected at 20° in the flow direction were successfully transported outside the build plate. Most 120 μm spatters ejected from the middle of the build plate were deposited outside the build plate, while all 180 μm spatters landed on the build plate, irrespective of ejection location and gas flow direction.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Ali, Usman
Committee Members:	Sarhan, Ahmed and Alquaity, Awad
Depositing User:	OLUWATOBI AREMU (g202110210)
Date Deposited:	10 Jan 2024 10:47
Last Modified:	10 Jan 2024 10:47
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142771