Een gedetailleerde beschrijving van het additieve fabricageproces met uitsluitend experimentele middelen zou totaal onbetaalbaar kunnen worden door de hoge kosten in zowel menselijke als materiële middelen. Een dergelijk complex proces kan worden gemodelleerd in termen van partiële differentiaalvergelijkingen die, wegens hun complexiteit zoals niet-uniforme geometrieën, heterogeniteit en niet-lineariteit van de materialen, en complexe randvoorwaarden, niet in exacte vorm kunnen worden opgelost en het is om deze reden dat numerieke benaderingen een geschikte, zo niet de enige, strategie blijven om ze aan te pakken, hetgeen op zijn beurt het gebruik van intensieve rekenkracht vereist.

Dit is precies het geval omdat (i) numerieke modellering en (ii) hoge prestatie computing twee van Cenaero’s kerncompetenties zijn. In het kader van dit project is namelijk een sintermodel geïmplementeerd met behulp van de eindige-elementenmethode met een druk-velociteitsformulering die de behandeling van grote vervormingen mogelijk maakt. Dit is een specifiek ontwikkelde en goed verfijnde implementatie met, onder andere, twee opmerkelijke eigenschappen (i) de materiaalparameters zijn afhankelijk van de plaatselijke dichtheid en (ii) deze dichtheidsevolutie is gerelateerd aan de permanente mechanische vervorming. Deze kenmerken leggen het verband tussen de thermodynamica en de mechanica van de fysische verschijnselen in kwestie

Een numeriek model is reeds goed getest en gevalideerd. Bovendien werd tijdens deze validatie een grondig onderzoek verricht naar de geschikte materiaalparameters die in de numerieke berekeningen moeten worden gebruikt. Gebleken is dat de huidige uitvoering in het algemeen zeer bevredigende resultaten oplevert. Er werden echter verscheidene niches met mogelijkheden voor verbetering en verfijning vastgesteld.

Om de bovengenoemde verbeteringen en verfijningen verder te identificeren en te prioriteren, werd een gedetailleerde studie van de invloed van materiaalparameters op het sintermodel voorbereid, uitgevoerd en geanalyseerd. Hierna volgt een korte beschrijving van de algemene methodologie, enkele opmerkelijke resultaten en de algemene conclusies van de studie.

Aangezien (a) de variabelen met de grootste impact op de mechanische prestaties van het voltooide onderdeel zijn (i) de dichtheidsverdeling en (ii) de mechanische samentrekking tijdens het sinterproces, en (b) de twee kunnen met precisie worden verkregen als output variabelen uit de reeds beschikbare numerieke implementatie, worden de materiaalinvoerparameters, zijnde elf thermische of mechanische variabelen, respectievelijk verhoogd en verlaagd met 1%, 2%, 4%, 8%, 16%, 32% en 64% om te realiseren in detail hun respectieve invloed op het laatste stuk.

Figuur 1 illustreert de typische reacties van de outputvariabelen, d.w.z. dichtheid (links) en contractie (rechts), in deze gevallen bij het variëren van de overgangstemperatuur (boven) en temperatuurkorrel (onder). Naast deze antwoorden wordt ook het basisgeval (rode lijn), dat het meest lijkt op het referentiegeval (magenta lijn), weergegeven ter vergelijking. Het is belangrijk erop te wijzen dat in alle gevallen de basis- en referentiegevallen niet perfect overeenkomen, ook al bevindt de referentiecase zich bijna altijd in de spam die wordt behandeld door de verschillende antwoorden. Dit feit versterkt de validatie van de beschikbare numerieke implementatie en beantwoordt aan een van de belangrijkste doelstellingen van het hier beschreven werk.