Un schéma adaptatif de dynamiques des fluides par particules lissées (SPH) pour des simulations efficaces de piscine de fusion dans la fabrication additive

La dynamique des fluides par particules lissées (SPH) est une méthode sans maillage bien développée qui s'est révélée très efficace pour les simulations de fabrication additive (AM) à l'échelle mésoscopique. Néanmoins, tous les modèles SPH tridimensionnels actuels dans ce domaine d'application en pleine expansion sont basés sur une taille de discrétisation uniforme (c'est-à-dire un domaine à résolution unique) et ne peuvent pas exploiter l'efficacité computationnelle de cette méthode d'un point de vue algorithmique. Dans ce travail, nous présentons un schéma SPH spatialement entièrement adaptatif et l'appliquons pour la première fois pour simuler le comportement de la piscine de fusion dans la fusion laser sur lit de poudre (LPBF) en fabrication additive. L'implémentation contient des techniques de stabilisation numérique à la pointe de la technologie pour garantir la stabilité et la robustesse du SPH, ainsi que tous les phénomènes physiques cruciaux, tels que la pression de recul, l'humidité et les effets Marangoni, afin de capturer la dynamique de la piscine de fusion dans les moindres détails. Une adaptabilité spatiale complète est rendue possible par la division et la fusion des particules, où la résolution spatiale peut être affinée et grossie simultanément plusieurs fois. Grâce à cela et à un nouvel algorithme de tri, le code fonctionne environ 5 fois plus vite dans les applications AM à base de poudre, rendant ainsi faisable la simulation de processus LPBF multi-pistes dans des temps raisonnables sans calcul parallèle pour la première fois.