धातु अधिग्रहण निर्माण में ग्राफ सिद्धांत का उपयोग करके तापीय मॉडलिंग

सार इस काम का लक्ष्य यह अनुमान लगाना है कि भाग की ज्यामिति और प्रक्रिया के मापदंडों का धातु भागों में तापमान के तात्कालिक स्थान-कालिक वितरण पर क्या प्रभाव पड़ेगा, जिसे तापीय क्षेत्र या तापमान इतिहास भी कहा जाता है, जैसे-जैसे सामग्री को परत-दर-परत अधिग्रहण निर्माण (AM) प्रक्रियाओं का उपयोग करके बनाया जा रहा है। इस लक्ष्य की पूर्ति के लिए, इस काम का उद्देश्य धातु AM भागों में तापमान वितरण की भविष्यवाणी के लिए ग्राफ सिद्धांत-आधारित दृष्टिकोण विकसित करना और इसकी पुष्टि करना है। इस उद्देश्य का महत्व इस तथ्य को दूर करना है कि AM में वर्तमान में प्रक्रिया की निरंतरता और भाग की गुणवत्ता खराब है। धातु AM प्रक्रियाओं में भाग की खराब गुणवत्ता के मुख्य कारणों में से एक है भाग में तापमान वितरण की प्रकृति। उदाहरण के लिए, प्रिंटिंग के दौरान भाग में बने तीव्र तापीय विद्धियां जैसे कि वॉरपिंग और तापीय तनाव के कारण क्रैकिंग जैसे दोष पैदा करती हैं। AM भागों में तापमान वितरण की भविष्यवाणी करने के लिए मौजूदा गैर-स्वामित्व दृष्टिकोण मुख्यतः जाली-आधारित सीमित तत्व विश्लेषण का उपयोग करते हैं, जो कम्प्यूटेशनल रूप से कठिन होते हैं—कुछ परतों का अनुकरण आमतौर पर कई घंटों, यदि नहीं दिनों की आवश्यकता करता है। इसलिए, इन चुनौतियों को दूर करने के लिए धातु AM प्रक्रियाओं में तापमान वितरण की भविष्यवाणी के लिए कुशल कम्प्यूटेशनल मॉडलों की आवश्यकता है, और इस प्रकार महँगे अनुभवजन्य परीक्षण के स्थान पर भाग के डिज़ाइन और प्रक्रिया के मापदंडों के चयन का मार्गदर्शन किया जा सके। सीमित तत्व विश्लेषण तकनीकों की तुलना में, प्रस्तावित जाली-मुक्त ग्राफ सिद्धांत-आधारित दृष्टिकोण कुछ मिनटों में एक डेस्कटॉप कंप्यूटर पर तापमान वितरण की भविष्यवाणी को सरल बनाता है। इन दावों की जांच करने के लिए, हमने निम्नलिखित दो अध्ययन किए: (1) ग्राफ सिद्धांत दृष्टिकोण के माध्यम से अनुमानित गर्मी प्रसार प्रवृत्तियों की तुलना सीमित तत्व विश्लेषण और ग्रीन के कार्यों पर आधारित विश्लेषणात्मक गर्मी हस्तांतरण गणनाओं के साथ एक प्राथमिक क्यूबॉयड ज्यामिति के लिए की गई जो अपने घनत्व के एक निश्चित भाग में एक आवेग गर्मी इनपुट के अधीन है और (2) तीन-भाग ज्यामितियों के धातु AM की लेज़र पाउडर बिस्तर संयोजन का अनुकरण (क) गोल्डक के चलने वाले गर्मी स्रोत सीमित तत्व विधि, (ख) प्रस्तावित ग्राफ सिद्धांत दृष्टिकोण, और (ग) अंतिम दो दृष्टिकोणों से पूर्वानुमानित तापीय प्रवृत्तियों की तुलना एक व्यावसायिक समाधान के साथ की गई। पहले अध्ययन से, हम रिपोर्ट करते हैं कि ग्राफ सिद्धांत दृष्टिकोण द्वारा लगभग अनुमानित तापीय प्रवृत्तियाँ ग्रीन के कार्यों पर आधारित विश्लेषणात्मक समाधान के 5% के भीतर सटीक पाई गई हैं (संपूर्ण आम सापेक्ष त्रुटि के संदर्भ में)। दूसरे अध्ययन के परिणाम दिखाते हैं कि ग्राफ सिद्धांत दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए AM भागों के लिए अनुमानित तापीय प्रवृत्तियां सीमित तत्व विश्लेषणों के साथ मेल खाती हैं, और तापमान वितरण की भविष्यवाणी के लिए कम्प्यूटेशनल समय ग्राफ सिद्धांत के साथ प्रभावी रूप से कम हुआ। उदाहरण के लिए, अध्ययन की गई AM भाग ज्यामितियों में से एक के लिए, तापमान प्रवृत्तियों को ग्राफ सिद्धांत दृष्टिकोण का उपयोग करके 10% त्रुटि के भीतर 18 मिनट से कम में अनुमानित किया गया, जबकि सीमित तत्व विश्लेषणों के साथ 180 मिनट से अधिक लगा। हालाँकि यह पत्र ग्राफ सिद्धांत दृष्टिकोण के सैद्धांतिक विकास और पुष्टि तक सीमित है, हमारी आगामी अनुसंधान प्रक्रिया में तापीय मापन के माध्यम से प्रायोगिक सत्यापन पर ध्यान केंद्रित करेगी।