О возможности применения квазистационарных решений для описания теплового состояния изделий, изготавливаемых методами послойного лазерного синтеза

В работе представлены результаты моделирования распределения температуры в процессе послойного лазерного синтеза изделия в виде тонкой вертикальной стенки из нержавеющей стали. Изделие выращивается путем последовательного нанесения и проплавления лазером слоев порошка. Для различных параметров технологического процесса решена сопряженная задача, включающая расчет температуры в изделии и окружающей его рабочей области в плоской постановке на основе двух различных подходов. В первом подходе рассматривается нестационарная задача теплопроводности для послойно наращиваемого тела. На каждом шаге расчета увеличивается высота расчетной области вследствие засыпки нового слоя порошка и задается кратковременное воздействие от лазера в обрабатываемой области слоя. Длительность одного шага расчета определяется временем между двумя последовательными проходами лазера. Найденное на каждом шаге распределение температуры используется в качестве начальных условий для проведения расчетов на последующем шаге. Тепловое состояние, реализуемое в рассматриваемом изделии через $500$ шагов расчета (т.е. после нанесения и проплавления $500$ слоев), сопоставляется с соответствующим решением квазистационарной задачи, которое фиксируется для изделия конечных размеров при условии задания постоянного, усредненного по времени потока тепла, подводимого в области синтеза. На примере рассмотренной простой геометрии показано, что квазистационарное решение может давать достаточно хорошую оценку макроскопического теплового состояния синтезируемого изделия.