C’est l’échelle des trajectoires laser, assimilable à l’échelle du lit de poudre. Les simulations à l’échelle microscopique permettaient de comprendre en détails le comportement du bain de fusion. L’analyse à l’échelle du cordon permet, quant à elle, d’obtenir des résultats pertinents tels que le manque de fusion, ou les zones d’accumulation de la chaleur.
Les forces régissant le comportement du bain de fusion ne sont pas simulées ici. La température se propage dans la pièce, et éventuellement la poudre avoisinante, par phénomène de conduction. Le coefficient d’absorption est par ailleurs considéré constant. L’évaporation de la matière n’est pas prise en compte tout comme la chaleur latente de changement de phase généralement négligée de manière à réduite les non-linéarités du problème et alléger les temps de calculs.
La poudre étant poreuse, un coefficient de conduction équivalent est calculé. Plusieurs théories existent à ce sujet. Le principe consiste à représenter les grains comme autant de résistances thermiques. La conduction équivalente est alors calculée en considérant un agencement des grains en parallèle ou en série. Ces deux approches permettent en réalité de déterminer les bornes supérieures et inférieures du coefficient de conduction. Des modèles plus élaborés donnent des résultats très précis mais plus coûteux.
Il s’agit d’hypothèses fortes mais qui donnent un bon compromis entre temps de calcul et résultats exploitables par les bureaux d’études. L’objectif peut-être de vérifier que les paramètres machine permettent de fusionner la matière correctement. On peut également vouloir optimiser ces paramètres pour réduire le temps d’impression et de production en général.
Les paramètres concernés sont la vitesse, la puissance, et le diamètre laser, l’épaisseur de couche, l’écart entre deux trajectoires (écart vecteur), éventuellement le temps de « sky writting » lors d’une stratégie de balayage en aller-retour, ainsi que la stratégie de balayage sur plusieurs couches.
L’analyse des dimensions du bain de fusion, permettant de calculer le rapport largeur sur longueur déterminant dans la prédiction de la continuité du cordon, ou des zones n’ayant pas atteint la température de fusion dans le cas d’une analyse multi-trajectoire, permet d’identifier les configurations optimales.
Il peut paraître incohérent de ne pas modéliser la vaporisation d’autant plus que, dans ce cas, la température atteinte dans le bain excède de beaucoup la température de vaporisation, mais l’expérience montre qu’en terme de dimension de bain de fusion, l’erreur commise n’excède pas 10% ce qui est tout à fait raisonnable.
Enfin, l’évolution du bain de fusion n’étant pas modélisée, il est nécessaire de prédéfinir la pénétration du laser selon le mode de fusion souhaité ou attendu. On peut voir cela comme un modèle prédéfini d’évolution du bain de fusion tout comme une loi matériau permet de prédire le comportement des matériaux sans prendre en compte la microstructures. Des résultats incohérents conduiront à un changement de modèle.
Des simulations de plusieurs heures, ou jours selon la longueur de cordon, peuvent ainsi être réduites à quelques heures voire à quelques minutes dans le cas d’un mono-cordon.
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