A methodology for optimizing LPBF components design based on crystallographic textureinduced anisotropy considering post-processing operations by machining

Resumen

El proceso de fabricación LPBF permite obtener componentes de gran complejidad geométrica y controlar la textura cristalográfica mediante estrategias de escaneado láser. Al mismo tiempo, las texturas cristalográficas pueden alcanzar diferentes grados de intensidad en función de los parámetros de fabricación láser. Un aspecto esencial del proceso LPBF es el desarrollo de patrones cristalinos asociados a cada configuración de fabricación LPBF; de esta forma, es posible hasta cierto punto estar seguros delas orientaciones cristalinas primarias que se desarrollarán en el material respecto al sistema de referencia del componente. Para ello, esta Tesis considera la repetibilidad de los patrones cristalinos asociados a diferentes configuraciones de fabricación de LPBF, mostrando que es posible obtener las orientaciones cristalinas esperadas en un rango experimental.La metodología propuesta busca obtener las propiedades mecánicas del material en función de diferentes orientaciones de los vectores de carga para mejorar el diseño mecánico de componentes LPBF, haciendo que los componentes se fabriquen en orientaciones donde los vectores de deformación principales coincidan principalmente con las direcciones cristalinas de mayor resistencia mecánica. Además, esta tesis considera el posprocesamiento por mecanizado y las formas de mejorar la estabilidad del mecanizado y disminuir la resistencia al corte. Dado que la orientación que aumenta la resistencia mecánica no siempre coincide con la orientación que disminuye la resistencia al cizallamiento por corte, es necesario considerar la optimización multiobjetivo como una herramienta para obtener configuraciones de fabricación que permitan obtener una solución de diseño equilibrada donde se establezcan las prioridades de diseño de los componentes. Adicionalmente, la optimización multi-objetivo requiere de funciones matemáticas para cuantificar el efecto de los parámetros de fabricación de LPBF sobre las propiedades mecánicas, para lo cual se presentan diferentes modelos matemáticos y metodologías en este documento.En esta tesis se presentan diferentes casos de estudio para evaluar los modelos propuestos para la cuantificación de la resistencia al cizallamiento en función de la microestructura, para el incremento de la rigidez del componente mediante el control de la anisotropía y los rigidizadores temporales, para el efecto del beam shaping sobre la microestructura y para comparar el efecto de las configuraciones de fabricación de LPBF sobre los parámetros físicos y las propiedades mecánicas entre otros.