Modelado de solidificación rápida en procesos de Fusión de Lecho de Polvo por Láser

Este artículo aborda un marco numérico para modelar la evolución de microestructuras específicas en la Fusión de Lecho de Polvo por Láser (LPBF), donde la solidificación rápida influye significativamente en la microestructura y propiedades de los componentes fabricados. La microestructura fina y la solidificación rápida pueden mejorar las propiedades mecánicas en las partes finales, pero suponen desafíos en el control de la microestructura y en el abordaje de posibles defectos. En este estudio, se acopla un modelo de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de superficie libre desarrollado internamente con un modelo de campo de fase de aleación binaria caracterizado por la cinética de solidificación rápida. El modelo CFD considera flujos de fluidos complejos relacionados con la presión de Marangoni y el retroceso, interacciones láser-material y el rápido derretimiento y solidificación del charco de fusión. Se realiza un estudio de convergencia para el modelo de campo de fase, comparando los coeficientes de partición simulados con la teoría del Modelo de Crecimiento Contínuo (CGM). El estudio investiga los efectos individuales de los gradientes de temperatura y las tasas de solidificación en la microestructura simulada. Los resultados indican que, para el mismo orden de magnitud de cambio, la tasa de solidificación tiene un efecto más pronunciado en la microestructura que los gradientes de temperatura. El artículo concluye con la simulación de la evolución de microestructuras específicas dentro del charco de fusión, comparando los resultados con experimentos realizados a diferentes velocidades de escaneo. La microestructura predicha se alinea bien con las mediciones experimentales, sugiriendo la utilidad potencial del modelo de campo de fase desarrollado en el modelado microestructural cuantitativo. En general, este trabajo contribuye a la comprensión de la evolución de la microestructura bajo condiciones de solidificación rápida, proporcionando una base fundamental para optimizar el proceso LPBF.