Modelo numérico L-DED para embeber sensores

En la integración, la deposición de energía dirigida por láser (L-DED) se está convirtiendo en una de las más relevantes, ya que el sensor se puede colocar en la estructura fabricada capa por capa. Sin embargo, la naturaleza térmica de la L-DED plantea un desafío cuando se deben incrustar piezas sensibles al calor, como los termopares. Para facilitar la parametrización y anticipar el comportamiento del proceso L-DED, el modelado es una herramienta interesante que ha atraído la atención de la academia en los últimos años. Sin embargo, la mayoría de los modelos son altamente complejos y se centran en una escala muy local o incluyen supuestos de simetría que restringen su uso para aplicaciones reales. En vista de esta necesidad, en el presente trabajo de investigación se desarrolla un modelo térmico que considera la adición de material y determina la geometría del revestimiento. El modelo incluye un algoritmo de mallado automático que adapta el tamaño del elemento refinando la malla donde sea necesario. Además, el modelo permite L-DED de 5 ejes, variación en proceso de la velocidad de alimentación de la máquina y permite encender y apagar el láser para simular no solo la deposición de material, sino también los movimientos en vacío. El modelo se valida en dos pasos: deposición de revestimiento único sobre una superficie plana y revestimientos individuales sobre una vaina de termopar de 0,3 mm de espesor. Finalmente, el modelo validado se utiliza para definir la potencia máxima del láser para incrustar virtualmente un termopar tipo K de 3 mm de diámetro con una vaina de 0,3 mm de espesor. Los resultados de la simulación también se corroboran mediante la integración experimental del mismo termopar, cuya funcionalidad se prueba posteriormente. Por lo tanto, se demuestra que el modelado L-DED es una herramienta eficaz para fabricar piezas complejas en el primer intento.