Thermo-Calc：詳細

AMモジュール

Additive Manufacturing（AM）モジュールは、主にレーザ粉末床溶融結合法（LBPF）を対象とし、積層造形プロセスにおける温度分布や溶融池形状を予測するThermo-Calcのアドオンモジュールです。
熱力学データ、材料特性、プロセス条件などのパラメータを統合的に扱い、熱源の移動を伴う金属粉末の溶融・凝固に関わるマルチフィジックス問題を解きます。マルチフィジックスの計算には、熱伝導、流体流れ、蒸発損失、放射損失、対流熱損失が含まれます。さらに、得られた温度分布を、拡散モジュール（DICTRA）や析出モジュール（TC-PRISMA）と連携して、入力パラメータとして使用することや、その他の有限要素ソフトウェアに活用いただけます。
Thermo-Calcユーザーの方は一部例題でデモ計算を行うことが可能です。是非お試しください。

参考資料

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Thermo-Calcユーザー様向けのAMモジュール例題集解説です。

データベース要件

Additive Manufacturingモジュールは、以下にリストされているバージョン以降のデータベースで使用できます。
TCFE13、TCNI12、TCMG6、TCCU6、TCTI5、TCNOBL3、TCHEA6、TCAL8

計算に考慮可能なAMプロセスパラメータ

スキャン（走査）速度、層厚、スキャンパターン、ハッチ間隔、粉末充填時間、熱源（出力密度、吸収率、熱分布）、チャンバー圧力、ベースプレート温度

計算モードに応じた評価内容

定常状態（Steady-state）

溶融池のサイズ
ピーク温度
流体の流速
溶融池の物性（粘度、熱伝導率、密度）

過渡現象（Transient/Transient with heat-source from Steady-state）

造形体の選択位置における温度-時間変化
定常状態で記載した特性値の時間変化
得られた温度-時間変化をDICTRA/TC-PRISMAと連携

Transientモードでは、ナビエストークス方程式を各時間ステップで解きますが、Transient with heat-source from Steady-stateモードでは、溶融プール内の温度分布・流体流れが早くに定常状態に達すると仮定し、定常状態で得られる熱源を使用します。

計算例

316Lに対するキーホールモデルを使用した溶融池形状の評価

キーホールモデルを使用して、溶融池形状を評価します。レーザのエネルギー密度が高い場合に、局所的に液体金属の蒸発が生じます。その蒸発の反動で空洞：キーホールが形成されます。キーホールが形成されると、レーザはキーホール内部で反射・吸収を繰り返しながら材料深部まで伝達され溶融していきます。
多重反射を含むキーホールの影響を考慮するキーホールモデルが実装されています。