Influences of the Powder Size and Process Parameters on the Quasi-Stability of Molten Pool Shape in Powder Bed Fusion-Laser Beam of Molybdenum

Influences of the Powder Size and Process Parameters on the Quasi-Stability of Molten Pool Shape in Powder Bed Fusion-Laser Beam of Molybdenum

몰리브덴 분말층 융합-레이저 빔의 용융 풀 형태의 준안정성에 대한 분말 크기 및 공정 매개변수의 영향

Abstract

Formation of a quasi-steady molten pool is one of the necessary conditions for achieving excellent quality in many laser processes. The influences of distribution characteristics of powder sizes on quasi-stability of the molten pool shape during single-track powder bed fusion-laser beam (PBF-LB) of molybdenum and the underlying mechanism were investigated.

The feasibility of improving quasi-stability of the molten pool shape by increasing the laser energy conduction effect and preheating was explored. Results show that an increase in the range of powder sizes does not significantly influence the average laser energy conduction effect in PBF-LB process. Whereas, it intensifies fluctuations of the transient laser energy conduction effect.

It also leads to fluctuations of the replenishment rate of metals, difficulty in formation of the quasi-steady molten pool, and increased probability of incomplete fusion and pores defects. As the laser power rises, the laser energy conduction effect increases, which improves the quasi-stability of the molten pool shape. When increasing the laser scanning speed, the laser energy conduction effect grows.

However, because the molten pool size reduces due to the decreased heat input, the replenishment rate of metals of the molten pool fluctuates more obviously and the quasi-stability of the molten pool shape gets worse. On the whole, the laser energy conduction effect in the PBF-LB process of Mo is low (20-40%). The main factor that affects quasi-stability of the molten pool shape is the amount of energy input per unit length of the scanning path, rather than the laser energy conduction effect.

Moreover, substrate preheating can not only enlarge the molten pool size, particularly the length, but also reduce non-uniformity and discontinuity of surface morphologies of clad metals and inhibit incomplete fusion and pores defects.

준안정 용융 풀의 형성은 많은 레이저 공정에서 우수한 품질을 달성하는 데 필요한 조건 중 하나입니다. 몰리브덴의 단일 트랙 분말층 융합 레이저 빔(PBF-LB) 동안 용융 풀 형태의 준안정성에 대한 분말 크기 분포 특성의 영향과 그 기본 메커니즘을 조사했습니다.

레이저 에너지 전도 효과와 예열을 증가시켜 용융 풀 형태의 준안정성을 향상시키는 타당성을 조사했습니다. 결과는 분말 크기 범위의 증가가 PBF-LB 공정의 평균 레이저 에너지 전도 효과에 큰 영향을 미치지 않음을 보여줍니다. 반면, 과도 레이저 에너지 전도 효과의 변동이 강화됩니다.

이는 또한 금속 보충 속도의 변동, 준안정 용융 풀 형성의 어려움, 불완전 융합 및 기공 결함 가능성 증가로 이어집니다. 레이저 출력이 증가함에 따라 레이저 에너지 전도 효과가 증가하여 용융 풀 모양의 준 안정성이 향상됩니다. 레이저 스캐닝 속도를 높이면 레이저 에너지 전도 효과가 커집니다.

그러나 열 입력 감소로 인해 용융 풀 크기가 줄어들기 때문에 용융 풀의 금속 보충 속도의 변동이 더욱 뚜렷해지고 용융 풀 형태의 준안정성이 악화됩니다.

전체적으로 Mo의 PBF-LB 공정에서 레이저 에너지 전도 효과는 낮다(20~40%). 용융 풀 형상의 준안정성에 영향을 미치는 주요 요인은 레이저 에너지 전도 효과보다는 스캐닝 경로의 단위 길이당 입력되는 에너지의 양입니다.

또한 기판 예열은 용융 풀 크기, 특히 길이를 확대할 수 있을 뿐만 아니라 클래드 금속 표면 형태의 불균일성과 불연속성을 줄이고 불완전한 융합 및 기공 결함을 억제합니다.

References

  1. M. Sharifitabar, F.O. Sadeq, and M.S. Afarani, Synthesis and Kinetic Study of Mo (Si, Al)2 Coatings on the Surface of Molybdenum Through Hot Dipping into a Commercial Al-12 wt.% Si Alloy Melt, Surf. Interfaces, 2021, 24, p 101044.Article CAS Google Scholar 
  2. Z. Zhang, X. Li, and H. Dong, Response of a Molybdenum Alloy to Plasma Nitriding, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 2018, 72, p 388–395.Article CAS Google Scholar 
  3. C. Tan, K. Zhou, M. Kuang, W. Ma, and T. Kuang, Microstructural Characterization and Properties of Selective Laser Melted Maraging Steel with Different Build Directions, Sci. Technol. Adv. Mater., 2018, 19(1), p 746–758.Article CAS Google Scholar 
  4. C. Tan, F. Weng, S. Sui, Y. Chew, and G. Bi, Progress and Perspectives in Laser Additive Manufacturing of Key Aeroengine Materials, Int. J. Mach. Tools Manuf, 2021, 170, p 103804.Article Google Scholar 
  5. S.A. Khairallah and A. Anderson, Mesoscopic Simulation Model of Selective Laser Melting of Stainless Steel Powder, J. Mater. Process. Technol., 2014, 214(11), p 2627–2636.Article CAS Google Scholar 
  6. S.A. Khairallah, A.T. Anderson, A. Rubenchik, and W.E. King, Laser Powder-Bed Fusion Additive Manufacturing: Physics of Complex Melt Flow and Formation Mechanisms of Pores, Spatter, and Denudation Zones, Acta Mater., 2016, 108, p 36–45.Article CAS ADS Google Scholar 
  7. K.Q. Le, C. Tang, and C.H. Wong, On the Study of Keyhole-Mode Melting in Selective Laser Melting Process, Int. J. Therm. Sci., 2019, 145, p 105992.Article Google Scholar 
  8. M. Bayat, A. Thanki, S. Mohanty, A. Witvrouw, S. Yang, J. Thorborg, N.S. Tiedje, and J.H. Hattel, Keyhole-Induced Porosities in Laser-Based Powder Bed Fusion (L-PBF) of Ti6Al4V: High-Fidelity Modelling and Experimental Validation, Addit. Manuf., 2019, 30, p 100835.CAS Google Scholar 
  9. B. Liu, G. Fang, L. Lei, and X. Yan, Predicting the Porosity Defects in Selective Laser Melting (SLM) by Molten Pool Geometry, Int. J. Mech. Sci., 2022, 228, p 107478.Article Google Scholar 
  10. W. Ge, J.Y.H. Fuh, and S.J. Na, Numerical Modelling of Keyhole Formation in Selective Laser Melting of Ti6Al4V, J. Manuf. Process., 2021, 62, p 646–654.Article Google Scholar 
  11. W. Ge, S. Han, S.J. Na, and J.Y.H. Fuh, Numerical Modelling of Surface Morphology in Selective Laser Melting, Comput. Mater. Sci., 2021, 186, p 110062.Article Google Scholar 
  12. Y.-C. Wu, C.-H. San, C.-H. Chang, H.-J. Lin, R. Marwan, S. Baba, and W.-S. Hwang, Numerical Modeling of Melt-Pool Behavior In Selective Laser Melting with Random Powder Distribution and Experimental Validation, J. Mater. Process. Technol., 2018, 254, p 72–78.Article Google Scholar 
  13. C. Tang, J.L. Tan, and C.H. Wong, A Numerical Investigation on the Physical Mechanisms of Single Track Defects in Selective Laser Melting, Int. J. Heat Mass Transf., 2018, 126, p 957–968.Article CAS Google Scholar 
  14. X. Zhou, X. Liu, D. Zhang, Z. Shen, and W. Liu, Balling Phenomena in Selective Laser Melted Tungsten, J. Mater. Process. Technol., 2015, 222, p 33–42.Article CAS Google Scholar 
  15. J.D.K. Monroy and J. Ciurana, Study of the Pore Formation on CoCrMo Alloys by Selective Laser Melting Manufacturing Process, Procedia Eng., 2013, 63, p 361–369.Article CAS Google Scholar 
  16. L. Kaserer, J. Braun, J. Stajkovic, K.H. Leitz, B. Tabernig, P. Singer, I. Letofsky-Papst, H. Kestler, and G. Leichtfried, Fully Dense and Crack Free Molybdenum Manufactured by Selective Laser Melting Through Alloying with Carbon, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 2019, 84, p 105000.Article CAS Google Scholar 
  17. T.B.T. Majumdar, E.M.C. Ribeiro, J.E. Frith, and N. Birbilis, Understanding the Effects of PBF Process Parameter Interplay on Ti-6Al-4V Surface Properties, PLoS ONE, 2019, 14, p e0221198.Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 
  18. A.K.J.-R. Poulin, P. Terriault, and V. Brailovski, Long Fatigue Crack Propagation Behavior of Laser Powder Bed-Fused Inconel 625 with Intentionally- Seeded Porosity, Int. J. Fatigue, 2019, 127, p 144–156.Article CAS Google Scholar 
  19. P. Rebesan, M. Ballan, M. Bonesso, A. Campagnolo, S. Corradetti, R. Dima, C. Gennari, G.A. Longo, S. Mancin, M. Manzolaro, G. Meneghetti, A. Pepato, E. Visconti, and M. Vedani, Pure Molybdenum Manufactured by Laser Powder Bed Fusion: Thermal and Mechanical Characterization at Room and High Temperature, Addit. Manuf., 2021, 47, p 102277.CAS Google Scholar 
  20. D. Wang, C. Yu, J. Ma, W. Liu, and Z. Shen, Densification and Crack Suppression in Selective Laser Melting of Pure Molybdenum, Mater. Des., 2017, 129, p 44–52.Article CAS Google Scholar 
  21. K.-H. Leitz, P. Singer, A. Plankensteiner, B. Tabernig, H. Kestler, and L.S. Sigl, Multi-physical Simulation of Selective Laser Melting, Met. Powder Rep., 2017, 72, p 331–338.Article Google Scholar 
  22. D.G.J. Zhang, Y. Yang, H. Zhang, H. Chen, D. Dai, and K. Lin, Influence of Particle Size on Laser Absorption and Scanning Track Formation Mechanisms of Pure Tungsten Powder During Selective Laser Melting, Engineering, 2019, 5, p 736–745.Article CAS Google Scholar 
  23. L. Caprio, A.G. Demir, and B. Previtali, Influence of Pulsed and Continuous Wave Emission on Melting Efficiency in Selective Laser Melting, J. Mater. Process. Technol., 2019, 266, p 429–441.Article CAS Google Scholar 
  24. D. Gu, M. Xia, and D. Dai, On the Role of Powder Flow Behavior in Fluid Thermodynamics and Laser Processability of Ni-based Composites by Selective Laser Melting, Int. J. Mach. Tools Manuf, 2018, 137, p 67–78.Article Google Scholar 
  25. W.-I. Cho, S.-J. Na, C. Thomy, and F. Vollertsen, Numerical Simulation of Molten Pool Dynamics in High Power Disk Laser Welding, J. Mater. Process. Technol., 2012, 212(1), p 262–275.Article CAS Google Scholar 
  26. S.W. Han, J. Ahn, and S.J. Na, A Study on Ray Tracing Method for CFD Simulations of Laser Keyhole Welding: Progressive Search Method, Weld. World, 2016, 60, p 247–258.Article CAS Google Scholar 
  27. W. Ge, S. Han, Y. Fang, J. Cheon, and S.J. Na, Mechanism of Surface Morphology in Electron Beam Melting of Ti6Al4V Based on Computational Flow Patterns, Appl. Surf. Sci., 2017, 419, p 150–158.Article CAS ADS Google Scholar 
  28. W.-I. Cho, S.-J. Na, C. Thomy, and F. Vollertsen, Numerical Simulation of Molten Pool Dynamics in High Power Disk Laser Welding, J. Mater. Process. Technol., 2012, 212, p 262–275.Article CAS Google Scholar 
  29. W. Ma, J. Ning, L.-J. Zhang, and S.-J. Na, Regulation of Microstructures and Properties of Molybdenum-Silicon-Boron Alloy Subjected to Selective Laser Melting, J. Manuf. Process., 2021, 69, p 593–601.Article Google Scholar 
  30. S. Haeri, Y. Wang, O. Ghita, and J. Sun, Discrete Element Simulation and Experimental Study of Powder Spreading Process in Additive Manufacturing, Powder Technol., 2016, 306, p 45–54.Article Google Scholar 
  31. D. Yao, X. Liu, J. Wang, W. Fan, M. Li, H. Fu, H. Zhang, X. Yang, Q. Zou, and X. An, Numerical Insights on the Spreading of Practical 316 L Stainless Steel Powder in SLM Additive Manufacturing, Powder Technol., 2021, 390, p 197–208.Article CAS Google Scholar 
  32. S. Vock, B. Klöden, A. Kirchner, T. Weißgärber, and B. Kieback, Powders for Powder Bed Fusion: A Review, Prog. Addit. Manuf., 2019, 4, p 383–397.Article Google Scholar 
  33. X. Luo, C. Yang, Z.Q. Fu, L.H. Liu, H.Z. Lu, H.W. Ma, Z. Wang, D.D. Li, L.C. Zhang, and Y.Y. Li, Achieving Ultrahigh-Strength in Beta-Type Titanium Alloy by Controlling the Melt Pool Mode in Selective Laser Melting, Mater. Sci. Eng. A, 2021, 823, p 141731.Article CAS Google Scholar 
  34. J. Braun, L. Kaserer, J. Stajkovic, K.-H. Leitz, B. Tabernig, P. Singer, P. Leibenguth, C. Gspan, H. Kestler, and G. Leichtfried, Molybdenum and Tungsten Manufactured by Selective Laser Melting: Analysis of Defect Structure and Solidification Mechanisms, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 2019, 84, p 104999.Article CAS Google Scholar 
  35. L. Kaserera, J. Brauna, J. Stajkovica, K.-H. Leitzb, B. Tabernigb, P. Singerb, I. Letofsky-Papstc, H. Kestlerb, and G. Leichtfried, Fully Dense and Crack Free Molybdenum Manufactured by Selective Laser Melting Through Alloying with Carbon, Int. J. Refract Metal Hard Mater., 2019, 84, p 105000.Article Google Scholar 

이종 금속 인터커넥트의 펄스 레이저 용접을 위한 가공 매개변수 최적화

Optimization of processing parameters for pulsed laser welding of dissimilar metal interconnects

본 논문은 독자의 편의를 위해 기계번역된 내용이어서 자세한 내용은 원문을 참고하시기 바랍니다.

NguyenThi TienaYu-LungLoabM.Mohsin RazaaCheng-YenChencChi-PinChiuc

aNational Cheng Kung University, Department of Mechanical Engineering, Tainan, Taiwan

bNational Cheng Kung University, Academy of Innovative Semiconductor and Sustainable Manufacturing, Tainan, Taiwan

cJum-bo Co., Ltd, Xinshi District, Tainan, Taiwan

Abstract

워블 전략이 포함된 펄스 레이저 용접(PLW) 방법을 사용하여 알루미늄 및 구리 이종 랩 조인트의 제조를 위한 최적의 가공 매개변수에 대해 실험 및 수치 조사가 수행됩니다. 피크 레이저 출력과 접선 용접 속도의 대표적인 조합 43개를 선택하기 위해 원형 패킹 설계 알고리즘이 먼저 사용됩니다.

선택한 매개변수는 PLW 프로세스의 전산유체역학(CFD) 모델에 제공되어 용융 풀 형상(즉, 인터페이스 폭 및 침투 깊이) 및 구리 농도를 예측합니다. 시뮬레이션 결과는 설계 공간 내에서 PLW 매개변수의 모든 조합에 대한 용융 풀 형상 및 구리 농도를 예측하기 위해 3개의 대리 모델을 교육하는 데 사용됩니다.

마지막으로, 대체 모델을 사용하여 구성된 처리 맵은 용융 영역에 균열이나 기공이 없고 향상된 기계적 및 전기적 특성이 있는 이종 조인트를 생성하는 PLW 매개변수를 결정하기 위해 세 가지 품질 기준에 따라 필터링됩니다.

제안된 최적화 접근법의 타당성은 최적의 용접 매개변수를 사용하여 생성된 실험 샘플의 전단 강도, 금속간 화합물(IMC) 형성 및 전기 접촉 저항을 평가하여 입증됩니다.

결과는 최적의 매개변수가 1209N의 높은 전단 강도와 86µΩ의 낮은 전기 접촉 저항을 생성함을 확인합니다. 또한 용융 영역에는 균열 및 기공과 같은 결함이 없습니다.

An experimental and numerical investigation is performed into the optimal processing parameters for the fabrication of aluminum and copper dissimilar lap joints using a pulsed laser welding (PLW) method with a wobble strategy. A circle packing design algorithm is first employed to select 43 representative combinations of the peak laser power and tangential welding speed. The selected parameters are then supplied to a computational fluidic dynamics (CFD) model of the PLW process to predict the melt pool geometry (i.e., interface width and penetration depth) and copper concentration. The simulation results are used to train three surrogate models to predict the melt pool geometry and copper concentration for any combination of the PLW parameters within the design space. Finally, the processing maps constructed using the surrogate models are filtered in accordance with three quality criteria to determine the PLW parameters that produce dissimilar joints with no cracks or pores in the fusion zone and enhanced mechanical and electrical properties. The validity of the proposed optimization approach is demonstrated by evaluating the shear strength, intermetallic compound (IMC) formation, and electrical contact resistance of experimental samples produced using the optimal welding parameters. The results confirm that the optimal parameters yield a high shear strength of 1209 N and a low electrical contact resistance of 86 µΩ. Moreover, the fusion zone is free of defects, such as cracks and pores.

Fig. 1. Schematic illustration of Al-Cu lap-joint arrangement
Fig. 1. Schematic illustration of Al-Cu lap-joint arrangement
Fig. 2. Machine setup (MFQS-150W_1500W
Fig. 2. Machine setup (MFQS-150W_1500W
Fig. 5. Lap-shear mechanical tests: (a) experimental setup and specimen dimensions, and (b) two different failures of lap-joint welding.
N. Thi Tien et al.
Fig. 5. Lap-shear mechanical tests: (a) experimental setup and specimen dimensions, and (b) two different failures of lap-joint welding. N. Thi Tien et al.
Fig. 9. Simulation and experimental results for melt pool profile. (a) Simulation results for melt pool cross-section, and (b) OM image of melt pool cross-section.
(Note that laser processing parameter of 830 W and 565 mm/s is chosen.).
Fig. 9. Simulation and experimental results for melt pool profile. (a) Simulation results for melt pool cross-section, and (b) OM image of melt pool cross-section. (Note that laser processing parameter of 830 W and 565 mm/s is chosen.).

References

[1]

G. Santos

Road transport and CO2 emissions: What are the challenges?

Transport Policy, 59 (2017), pp. 71-74

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[2]

A. Das, D. Li, D. Williams, D. Greenwood

Joining technologies for automotive battery systems manufacturing

World Electric Veh. J., 9 (2) (2018), p. 22 View PDF

CrossRefGoogle Scholar[3]

M. Zwicker, M. Moghadam, W. Zhang, C. Nielsen

Automotive battery pack manufacturing–a review of battery to tab joining

J. Adv. Joining Process., 1 (2020), Article 100017

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[4]

T. Mai, A. Spowage

Characterisation of dissimilar joints in laser welding of steel–kovar, copper–steel and copper–aluminium

Mater. Sci. Eng. A, 374 (1–2) (2004), pp. 224-233

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[5]

S.S. Lee, T.H. Kim, S.J. Hu, W.W. Cai, J. Li, J.A. Abell

Characterization of joint quality in ultrasonic welding of battery tabs

International Manufacturing Science and Engineering Conference, vol. 54990, American Society of Mechanical Engineers (2012), pp. 249-261

Google Scholar[6]

Y. Zhou, P. Gorman, W. Tan, K. Ely

Weldability of thin sheet metals during small-scale resistance spot welding using an alternating-current power supply

J. Electron. Mater., 29 (9) (2000), pp. 1090-1099 View PDF

CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar[7]

S. Katayama

Handbook of laser welding technologies

Elsevier (2013)

Google Scholar[8]

A. Sadeghian, N. Iqbal

A review on dissimilar laser welding of steel-copper, steel-aluminum, aluminum-copper, and steel-nickel for electric vehicle battery manufacturing

Opt. Laser Technol., 146 (2022), Article 107595

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[9]

M.J. Brand, P.A. Schmidt, M.F. Zaeh, A. Jossen

Welding techniques for battery cells and resulting electrical contact resistances

J. Storage Mater., 1 (2015), pp. 7-14

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[10]

M. Jarwitz, F. Fetzer, R. Weber, T. Graf

Weld seam geometry and electrical resistance of laser-welded, aluminum-copper dissimilar joints produced with spatial beam oscillation

Metals, 8 (7) (2018), p. 510 View PDF

CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar[11]S. Smith, J. Blackburn, M. Gittos, P. de Bono, and P. Hilton, “Welding of dissimilar metallic materials using a scanned laser beam,” in International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics, 2013, vol. 2013, no. 1: Laser Institute of America, pp. 493-502.

Google Scholar[12]

P. Schmitz, J.B. Habedank, M.F. Zaeh

Spike laser welding for the electrical connection of cylindrical lithium-ion batteries

J. Laser Appl., 30 (1) (2018), Article 012004 View PDF

CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar[13]

P. Kah, C. Vimalraj, J. Martikainen, R. Suoranta

Factors influencing Al-Cu weld properties by intermetallic compound formation

Int. J. Mech. Mater. Eng., 10 (1) (2015), pp. 1-13

Google Scholar[14]

Z. Lei, X. Zhang, J. Liu, P. Li

Interfacial microstructure and reaction mechanism with various weld fillers on laser welding-brazing of Al/Cu lap joint

J. Manuf. Process., 67 (2021), pp. 226-240

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[15]

T. Solchenbach, P. Plapper

Mechanical characteristics of laser braze-welded aluminium–copper connections

Opt. Laser Technol., 54 (2013), pp. 249-256

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[16]

T. Solchenbach, P. Plapper, W. Cai

Electrical performance of laser braze-welded aluminum–copper interconnects

J. Manuf. Process., 16 (2) (2014), pp. 183-189

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[17]

S.J. Lee, H. Nakamura, Y. Kawahito, S. Katayama

Effect of welding speed on microstructural and mechanical properties of laser lap weld joints in dissimilar Al and Cu sheets

Sci. Technol. Weld. Join., 19 (2) (2014), pp. 111-118

Google Scholar[18]

Z. Xue, S. Hu, D. Zuo, W. Cai, D. Lee, K.-A. Elijah Jr

Molten pool characterization of laser lap welded copper and aluminum

J. Phys. D Appl. Phys., 46 (49) (2013), Article 495501 View PDF

CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar[19]

S. Zhao, G. Yu, X. He, Y. Zhang, W. Ning

Numerical simulation and experimental investigation of laser overlap welding of Ti6Al4V and 42CrMo

J. Mater. Process. Technol., 211 (3) (2011), pp. 530-537

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[20]

W. Huang, H. Wang, T. Rinker, W. Tan

Investigation of metal mixing in laser keyhole welding of dissimilar metals

Mater. Des., 195 (2020), Article 109056

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[21]

E. Kaiser, G. Ambrosy, E. Papastathopoulos

Welding strategies for joining copper and aluminum by fast oscillating, high quality laser beam

High-Power Laser Materials Processing: Applications, Diagnostics, and Systems IX, vol. 11273, International Society for Optics and Photonics (2020), p. 112730C

View Record in ScopusGoogle Scholar[22]

V. Dimatteo, A. Ascari, A. Fortunato

Continuous laser welding with spatial beam oscillation of dissimilar thin sheet materials (Al-Cu and Cu-Al): Process optimization and characterization

J. Manuf. Process., 44 (2019), pp. 158-165

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[23]

V. Dimatteo, A. Ascari, E. Liverani, A. Fortunato

Experimental investigation on the effect of spot diameter on continuous-wave laser welding of copper and aluminum thin sheets for battery manufacturing

Opt. Laser Technol., 145 (2022), Article 107495

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[24]

D. Wu, X. Hua, F. Li, L. Huang

Understanding of spatter formation in fiber laser welding of 5083 aluminum alloy

Int. J. Heat Mass Transf., 113 (2017), pp. 730-740

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[25]

R. Ducharme, K. Williams, P. Kapadia, J. Dowden, B. Steen, M. Glowacki

The laser welding of thin metal sheets: an integrated keyhole and weld pool model with supporting experiments

J. Phys. D Appl. Phys., 27 (8) (1994), p. 1619 View PDF

CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar[26]

C.W. Hirt, B.D. Nichols

Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries

J. Comput. Phys., 39 (1) (1981), pp. 201-225

ArticleDownload PDFGoogle Scholar[27]

W. Piekarska, M. Kubiak

Three-dimensional model for numerical analysis of thermal phenomena in laser–arc hybrid welding process

Int. J. Heat Mass Transf., 54 (23–24) (2011), pp. 4966-4974

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[28]J. Zhou, H.-L. Tsai, and P.-C. Wang, “Transport phenomena and keyhole dynamics during pulsed laser welding,” 2006.

Google Scholar[29]

D. Harrison, D. Yan, S. Blairs

The surface tension of liquid copper

J. Chem. Thermodyn., 9 (12) (1977), pp. 1111-1119

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[30]

M. Leitner, T. Leitner, A. Schmon, K. Aziz, G. Pottlacher

Thermophysical properties of liquid aluminum

Metall. Mater. Trans. A, 48 (6) (2017), pp. 3036-3045 View PDF

This article is free to access.

CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar[31]

H.-C. Tran, Y.-L. Lo

Systematic approach for determining optimal processing parameters to produce parts with high density in selective laser melting process

Int. J. Adv. Manuf. Technol., 105 (10) (2019), pp. 4443-4460 View PDF

CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar[32]A. Ascari, A. Fortunato, E. Liverani, and A. Lutey, “Application of different pulsed laser sources to dissimilar welding of Cu and Al alloys,” in Proceedings of Lasers in Manufacturing Conference (LIM), 2019.

Google Scholar[33]

A. Fortunato, A. Ascari

Laser welding of thin copper and aluminum sheets: feasibility and challenges in continuous-wave welding of dissimilar metals

Lasers in Manufacturing and Materials Processing, 6 (2) (2019), pp. 136-157 View PDF

CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar[34]

A. Boucherit, M.-N. Avettand-Fènoël, R. Taillard

Effect of a Zn interlayer on dissimilar FSSW of Al and Cu

Mater. Des., 124 (2017), pp. 87-99

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[35]

N. Kumar, I. Masters, A. Das

In-depth evaluation of laser-welded similar and dissimilar material tab-to-busbar electrical interconnects for electric vehicle battery pack

J. Manuf. Process., 70 (2021), pp. 78-96

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[36]

M. Abbasi, A.K. Taheri, M. Salehi

Growth rate of intermetallic compounds in Al/Cu bimetal produced by cold roll welding process

J. Alloy. Compd., 319 (1–2) (2001), pp. 233-241

ArticleDownload PDFGoogle Scholar[37]

D. Zuo, S. Hu, J. Shen, Z. Xue

Intermediate layer characterization and fracture behavior of laser-welded copper/aluminum metal joints

Mater. Des., 58 (2014), pp. 357-362

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[38]

S. Yan, Y. Shi

Influence of Ni interlayer on microstructure and mechanical properties of laser welded joint of Al/Cu bimetal

J. Manuf. Process., 59 (2020), pp. 343-354

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar[39]

S. Yan, Y. Shi

Influence of laser power on microstructure and mechanical property of laser-welded Al/Cu dissimilar lap joints

J. Manuf. Process., 45 (2019), pp. 312-321

ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar

Fluid Thermodynamic Simulation of Ti-6Al-4V Alloy in Laser Wire Deposition

Fluid Thermodynamic Simulation of Ti-6Al-4V Alloy in Laser Wire Deposition

Xiang WangLin-Jie ZhangJie Ning, and Suck-Joo Na
Published Online:8 Apr 2022https://doi.org/10.1089/3dp.2021.0159

Abstract

A 3D numerical model of heat transfer and fluid flow of molten pool in the process of laser wire deposition was presented by computational fluid dynamics technique. The simulation results of the deposition morphology were also compared with the experimental results under the condition of liquid bridge transfer mode. Moreover, they showed a good agreement. Considering the effect of recoil pressure, the morphology of the deposit metal obtained by the simulation was similar to the experiment result. Molten metal at the wire tip was peeled off and flowed into the molten pool, and then spread to both sides of the deposition layer under the recoil pressure. In addition, the results of simulation and high-speed charge-coupled device presented that a wedge transition zone, with a length of ∼6 mm, was formed behind the keyhole in the liquid bridge transfer process, where the height of deposited metal decreased gradually. After solidification, metal in the transition zone retained the original melt morphology, resulting in a decrease in the height of the tail of the deposition layer.

Keywords

LWD, CFD, liquid bridge transfer, fluid dynamics, wedge transition zone

Fluid Thermodynamic Simulation of Ti-6Al-4V Alloy in Laser Wire Deposition
Fluid Thermodynamic Simulation of Ti-6Al-4V Alloy in Laser Wire Deposition
Fluid Thermodynamic Simulation of Ti-6Al-4V Alloy in Laser Wire Deposition
Fluid Thermodynamic Simulation of Ti-6Al-4V Alloy in Laser Wire Deposition

References

1. Matthews MJ, Guss G, Khairallah SA, et al. Denudation of metal powder layers in laser powder bed fusion processes. Acta Mater 2016;114:33–42. CrossrefGoogle Scholar

2. Ge WJ, Han SW, Fang YC, et al. Mechanism of surface morphology in electron beam melting of Ti6Al4V based on computational flow patterns. Appl Surf Sci 2017;419:150–158. CrossrefGoogle Scholar

3. Bai XW, Colegrove P, Ding JL, et al. Numerical analyswas of heat transfer and fluid flow in multilayer deposition of PAW-based wire and arc additive manufacturing. Int J Heat Mass Transf 2018;124:504–516. CrossrefGoogle Scholar

4. Torkamany MJ, Kaplan AFH, Ghaini FM. Wire deposition by a laser-induced boiling front. Opt Laser Technol 2015;69:104–112. CrossrefGoogle Scholar

5. Yu Y, Huang W, Wang G. Investigation of melting dynamics of filler wire during wire feed laser welding. J Mec Sci Technol 2013;27:1097–1108. CrossrefGoogle Scholar

6. Ma G, Li L, Chen Y. Effects of beam confgurations on wire melting and transfer behaviors in dual beam laser welding with fller wire. Opt Laser Technol 2017;91:138–148. CrossrefGoogle Scholar

7. Abioye TE, Folkes J, Clare AT. A parametric study of Inconel 625 wire laser deposition. J Mater Process Tech 2013;213:2145–2151. CrossrefGoogle Scholar

8. Wei S, Wang G, Shin YC, et al. Comprehensive modeling of transport phenomena in laser hot-wire deposition process. Int J Heat Mass Transf 2018;125:1356–1368. CrossrefGoogle Scholar

9. Gu H, Li L. Computational fluid dynamic simulation of gravity and pressure effects in laser metal deposition for potential additive manufacturing in space. Int J Heat Mass Transf 2019;140:51–65. CrossrefGoogle Scholar

10. Hu R, Luo M, Liu T, et al. Thermal fluid dynamics of liquid bridge transfer in laser wire deposition 3D printing. Sci Technolf Weld Join 2019;24:1–11. Google Scholar

11. Chatterjee D, Chakraborty S. A hybrid lattice Boltzmann model for solid–liquid phase transition in presence of fluid flow. Phys Lett A 2006;351:359–367. CrossrefGoogle Scholar

12. Wu L, Cheon J, Kiran DV, et al. CFD simulations of GMA welding of horizontal fillet joints based on coordinate rotation of arc models. J Mater Process Tech 2016;231:221–238. CrossrefGoogle Scholar

13. Gerhard W, Boyer RR, Collings EW. Materials Properties Handbook: Titanium Alloys. ASM International: Almere, The Netherlands, 1994. Google Scholar

14. Colegrove P, Simiand PE, Varughese A, et al. Evaluation of a drilling model approach to represent laser spot microwelding. In: ASM Proceedings of the international conference: trends in welding research; 2009. Google Scholar

15. Boivineau M, Cagran C, Doytier D, et al. Thermophysical properties of solid and liquid Ti-6Al-4V (TA6V) alloy. Int J Thermophys 2006;27:507–529. CrossrefGoogle Scholar

16. Shejndlin AE, Kenisarin MM, Chekhovskoj VY. Melting point of yttrium oxide. AN SSSR 1974;216:582–584. Google Scholar

17. Cho JH, Na SJ. Teflection and Fresnel absorption of laser beam in keyhole. J Phys D Appl Phys 2006;39:5372–5378. CrossrefGoogle Scholar

18. Han SW, Ahn J, Na SJ. A study on ray tracing method for CFD simulations of laser keyhole welding: Progressive search method. Weld World 2016;60:247–258. CrossrefGoogle Scholar

19. Allmen MV. Laser-Beam Interactions with Materials. Springer, Berlin-Heidelberg, 1995. Google Scholar

20. Dobson PJ. Absorption and scattering of light by small particles. Phys Bull 1984;35:104. CrossrefGoogle Scholar

21. Greses J, Hilton PA, Barlow CY. Plume attenuation under high power Nd:yttritium aluminum garnet laser welding. J Laser Appl 2004;16:9–15. CrossrefGoogle Scholar

22. Shcheglov PY, Uspenskiy SA, Gumenyuk AV, et al. Plume attenuation of laser radiation during high power fiber laser welding. Laser Phys Lett 2011;8:475–480. CrossrefGoogle Scholar

23. Yang P, Liou KN. Effective refractive index for determining ray propagation in an absorbing dielectric particle. J Quant Spectrosc Radiat Transf 2009;110:300–306. CrossrefGoogle Scholar

24. Barber PW. Absorption and scattering of light by small particles. J Colloid Interface Sci 1984;98:290–291. Google Scholar

25. Hu ZR, Chen X, Yang G, et al. Metal transfer in wire feeding-based electron beam 3D printing: Modes, dynamics, and transition criterion. Int J Heat Mass Transf 2018;126:877–887. CrossrefGoogle Scholar

26. David SA, Babu SS, Vitek JM. Welding: Solidification and microstructure. JOM 2013;55:14–20. CrossrefGoogle Scholar

27. Zhong ML, Liu W. Laser surface cladding: The state of the art and challenges. Proc Inst Mech Eng Part C J Mech Eng Sci 2010;224:1041–1060. CrossrefGoogle Scholar

28. Kobryn PA, Semiatin S. Microstructure and texture evolution during solidification processing of Ti-6Al-4V. J Mater Process Technol 2003;135:330–339. CrossrefGoogle Scholar

29. Debroy T, David S. Physical processes in fusion welding. Rev Mod Phys 1995;67:85–112. CrossrefGoogle Scholar

30. Lee YS, Nordin M, Babu SS, et al. Effect of fluid convection on dendrite arm spacing in laser deposition. Metall Trans B 2014;45:1520–1528. CrossrefGoogle Scholar

31. Rappaz M, David SA, Vitek JM, et al. Development of microstructures in Fe15Ni15Cr single crystal electron beam welds. Metall Trans A 1989;20:1125–1138. CrossrefGoogle Scholar

Fig. 1. Schematic description of the laser welding process considered in this study.

Analysis of molten pool dynamics in laser welding with beam oscillation and filler wire feeding

Won-Ik Cho, Peer Woizeschke
Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH, Klagenfurter Straße 5, Bremen 28359, Germany

Received 30 July 2020, Revised 3 October 2020, Accepted 18 October 2020, Available online 1 November 2020.

Abstract

Molten pool flow and heat transfer in a laser welding process using beam oscillation and filler wire feeding were calculated using computational fluid dynamics (CFD). There are various indirect methods used to analyze the molten pool dynamics in fusion welding. In this work, based on the simulation results, the surface fluctuation was directly measured to enable a more intuitive analysis, and then the signal was analyzed using the Fourier transform and wavelet transform in terms of the beam oscillation frequency and buttonhole formation. The 1st frequency (2 x beam oscillation frequency, the so-called chopping frequency), 2nd frequency (4 x beam oscillation frequency), and beam oscillation frequency components were the main components found. The 1st and 2nd frequency components were caused by the effect of the chopping process and lumped line energy. The beam oscillation frequency component was related to rapid, unstable molten pool behavior. The wavelet transform effectively analyzed the rapid behaviors based on the change of the frequency components over time.

Korea Abstract

빔 진동 및 필러 와이어 공급을 사용하는 레이저 용접 공정에서 용융 풀 흐름 및 열 전달은 CFD (전산 유체 역학)를 사용하여 계산되었습니다. 용융 용접에서 용융 풀 역학을 분석하는 데 사용되는 다양한 간접 방법이 있습니다.

본 연구에서는 시뮬레이션 결과를 바탕으로 보다 직관적 인 분석이 가능하도록 표면 변동을 직접 측정 한 후 빔 발진 주파수 및 버튼 홀 형성 측면에서 푸리에 변환 및 웨이블릿 변환을 사용하여 신호를 분석했습니다.

1 차 주파수 (2 x 빔 발진 주파수, 이른바 초핑 주파수), 2 차 주파수 (4 x 빔 발진 주파수) 및 빔 발진 주파수 성분이 발견 된 주요 구성 요소였습니다. 1 차 및 2 차 주파수 성분은 쵸핑 공정과 집중 라인 에너지의 영향으로 인해 발생했습니다.

빔 진동 주파수 성분은 빠르고 불안정한 용융 풀 동작과 관련이 있습니다. 웨이블릿 변환은 시간 경과에 따른 주파수 구성 요소의 변화를 기반으로 빠른 동작을 효과적으로 분석했습니다.

1 . 소개

융합 용접에서 용융 풀 역학은 용접 결함과 시각적 이음새 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 이러한 역학을 연구하기 위해 고속 카메라를 사용하는 직접 방법과 광학 또는 음향 신호를 사용하는 간접 방법과 같은 다양한 측정 방법을 사용하여 여러 실험 방법을 고려했습니다. 시간 도메인의 원래 신호는 특별히 주파수 도메인에서 변환 된 신호로 변환되어 용융 풀 동작에 영향을 미치는 주파수 성분을 분석합니다. Kotecki et al. (1972)는 고속 카메라를 사용하여 가스 텅스텐 아크 용접에서 용융 풀을 관찰했습니다. [1]. 그들은 120Hz 리플 DC 출력을 가진 용접 전원을 사용할 때 용융 풀 진동 주파수가 120Hz임을 보여주었습니다. 전원을 끈 후 진동 주파수는 용융 풀의 고유 주파수를 나타내는 용융 풀 크기와 관련이 있습니다. 진동은 응고 중에 용접 표면 스케일링을 생성했습니다. Zacksenhouse and Hardt (1983)는 레이저 섀도 잉 동작 측정 기술을 사용하여 가스 텅스텐 아크 용접에서 완전히 관통 된 용융 풀의 동작을 측정했습니다 [2] . 그들은 2.5mm 두께의 강판에서 6mm 풀 반경 (고정 용접)에 대해 용융 풀의 고유 주파수가 18.9Hz라는 것을 발견했습니다. Semak et al. (1995) 고속 카메라를 사용하여 레이저 스폿 용접에서 용융 풀 및 키홀 역학 조사 [3]. 그들은 깊이가 약 3mm이고 반경이 약 3mm 인 용융 풀에서 200Hz의 낮은 체적 진동 주파수를 관찰했습니다. 0.45mm Aendenroomer와 den Ouden (1998)은 강철의 펄스 가스 텅스텐 아크 용접에서 용융 풀 진동을보고했습니다 [4] . 그들은 침투 깊이에 따라 진동 모드 변화를 보였고 주파수는 50Hz에서 150Hz 사이에서 변화했습니다. 주파수는 완전히 침투 된 용융 풀에서 더 낮았습니다. Hermans와 den Ouden (1999)은 단락 가스 금속 아크 용접에서 용융 풀 진동을 분석했습니다. [5]. 그들은 용융 풀의 단락 주파수와 고유 주파수가 같을 때 부분적으로 침투 된 용융 풀의 경우 공정 안정성이 향상되었음을 보여주었습니다. Yudodibroto et al. (2004)는 가스 텅스텐 아크 용접에서 용융 풀 진동에 대한 필러 와이어의 영향을 조사했습니다 [6] . 그들은 금속 전달이 특히 부분적으로 침투 된 용융 풀에서 진동 거동을 방해한다는 것을 보여주었습니다. Geiger et al. (2009) 레이저 키홀 용접에서 발광 분석 [7]. 신호의 주파수 분석을 사용하여 용융 풀 (1.5kHz 미만)과 키홀 (약 3kHz)에 해당하는 진동 주파수 범위를 찾았습니다. Kägeler와 Schmidt (2010)는 레이저 용접에서 용융 풀 크기의 변화를 관찰하기 위해 고속 카메라를 사용했습니다 [8] . 그들은 용융 풀에서 지배적 인 저주파 진동 성분 (100Hz 미만)을 발견했습니다. Shi et al. (2015) 고속 카메라를 사용하여 펄스 가스 텅스텐 아크 용접에서 용융 풀 진동 주파수 분석 [9]. 그들은 용접 침투 깊이가 작을수록 용융 풀의 진동 빈도가 더 높다는 것을 보여주었습니다. 추출 된 진동 주파수는 완전 용입 용접의 경우 85Hz 미만 이었지만 부분 용입 용접의 경우 110Hz에서 125Hz 사이였습니다. Volpp와 Vollertsen (2016)은 레이저 키홀 역학을 분석하기 위해 광학 신호를 사용했습니다 [10] . 그들은 공간 레이저 강도 분포로 인해 0.8에서 154 kHz 사이의 고주파 범위에서 피크를 발견했습니다. 위에서 언급 한 실험적 접근법은 공정 조건, 측정 방법 및 측정 된 위치에 따라 수십 Hz에서 수십 kHz까지 광범위한 용융 풀 역학에 대한 결과를 보여 주었다는 점에 유의해야합니다.

융합 용접에서 용융 풀 역학을 연구하기 위해 분석 접근 방식도 사용되었습니다. Zacksenhouse와 Hardt (1983)는 2.5mm 두께의 강판에서 대칭형 완전 관통 용융 풀의 고유 진동수를 계산했습니다 [2] . 매스 스프링 해석 모델을 사용하여 용융 풀 반경 6mm (고정 용접)에 대해 20.4Hz (실험에서 18.9Hz)의 고유 진동수와 3mm 풀 반경 (연속 용접)에 대해 40Hz의 고유 진동수를 예측했습니다. ). Postacioglu et al. (1989)는 원통형 용융 풀과 키홀을 가정하여 레이저 용접의 용융 풀에서 키홀 진동의 고유 진동수를 계산했습니다 .. 특정 열쇠 구멍 모양의 경우 약 900Hz의 기본 주파수가 계산되었습니다. Postacioglu et al. (1991)은 또한 레이저 용접에서 용접 속도를 고려하기 위해 타원형 용융 풀의 고유 진동수를 계산했습니다 [12] . 그들은 타원형 용융 풀의 모양이 고유 진동수에 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 고유 진동수는 축의 길이 비율이 낮았으며, 즉 타원의 반장 축과 반 단축의 비율이 낮았습니다. Kroos et al. (1993)은 축 대칭 용융 풀과 키홀을 가정하여 레이저 키홀 용접의 동적 거동에 대한 이론적 모델을 개발했습니다 .. 키홀 폐쇄 시간은 0.1ms였으며 안정성 분석은 약 500Hz의 주파수에서 공진과 같은 진동을 예측했습니다. Maruo와 Hirata (1993)는 완전 관통 아크 용접에서 용융 풀을 모델링했습니다 [14] . 그들은 녹은 웅덩이가 정적 타원 모양을 가지고 있다고 가정했습니다. 그들은 고유 진동수와 진동 모드 사이의 관계를 조사하고 용융 풀 크기가 감소함에 따라 고유 진동수가 증가한다는 것을 보여주었습니다. Klein et al. (1994)는 원통형 키홀 모양을 사용하여 완전 침투 레이저 용접에서 키홀 진동을 연구했습니다 [15] . 그들은 점성 감쇠로 인해 키홀 진동이 낮은 kHz 범위로 제한된다는 것을 보여주었습니다. Klein et al. (1996)은 또한 레이저 출력의 작은 변동이 강한 키홀 진동으로 이어질 수 있음을 보여주었습니다[16] . 그들은 키홀 진동의 주요 공진 주파수 범위가 500 ~ 3500Hz라는 것을 발견했습니다. Andersen et al. (1997)은 고정 가스 텅스텐 아크 용접 [17] 에서 고정 된 원통형 모양을 가정하여 용융 풀의 고유 진동수를 예측 했으며 완전 용입 용접에서 용융 풀 폭이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났습니다. 3.175mm 두께의 강판의 경우 주파수는 20Hz ~ 100Hz 범위였습니다. 위에 표시된 분석 방법은 일반적으로 단순한 용융 풀 모양을 가정하고 고유 진동수를 계산했습니다. 이것은 단순한 용융 풀 모양으로 고정 용접 공정을 분석하는 데 충분하지만 대부분의 용접 사례를 설명하는 과도 용접 공정에서 용융 풀 역학 분석에는 적합하지 않습니다.

반면에 수치 접근 방식은 고온 및 강한 빛과 같은 실험적 제한없이 자세한 정보를 제공하기 때문에 용융 풀 역학을 분석하는 이점이 있습니다. 전산 유체 역학 (CFD)의 수치 시뮬레이션 기술이 발전함에 따라 용융 풀 역학 분석에 대한 많은 연구가 수행되었습니다. 실제 용융 표면 변화는 VOF (체적 부피) 방법을 사용하여 계산할 수 있습니다. Cho et al. (2010) CO 2 레이저-아크 하이브리드 용접 공정을 위한 수학적 모델 개발 [18], 구형 방울이 생성 된 금속 와이어의 용융 과정이 와이어 공급 속도와 일치한다고 가정합니다. 그들은 필러 와이어가 희석되는 용융 풀 동작을 보여주었습니다. Cho et al. (2012)는 높은 빔 품질과 높은 금속 흡수율로 인해 업계에서 널리 사용되는 디스크 레이저 키홀 용접으로 수학적 모델을 확장했습니다 [19] . 그들은 열쇠 구멍에서 레이저 광선 번들의 다중 반사를 고려하고 용융 풀에서 keyholing과 같은 빠른 표면 변화를 자세히보고했습니다. 최근 CFD 시뮬레이션은 험핑 (Otto et al., 2016 [20] ) 및 기공 (Lin et al., 2017 [21] )과 같은보다 구체적인 현상을 분석하는데도 사용되었습니다 .) 레이저 용접에서. 그러나 용융 풀 역학과 관련된 연구는 거의 수행되지 않았습니다. Ko et al. (2000)은 수치 시뮬레이션을 사용하여 가스 텅스텐 아크 용접 풀의 동적 거동을 조사했습니다 [22] . 그들은 완전히 침투 된 용융 풀이 부분적으로 침투 된 풀보다 낮은 주파수에서 진동한다는 것을 보여주었습니다. 진동은 수십 분의 1 초 내에 무시할 수있는 크기로 감쇠되었습니다. Geiger et al. (2009)는 또한 수치 시뮬레이션을 사용하여 레이저 용접에서 용융 풀 거동을 보여주었습니다 [7]. 그들은 계산 된 증발 속도를 주파수 분석에 사용하여 공정에서 나오는 빛의 실험 결과와 비교했습니다. 판금 레이저 용접에서 중요한 공간 빔 진동 및 추가 필러 재료가있는 공정에 대한 용융 풀 역학에 대한 연구도 불충분합니다. Hu et al. (2018)은 금속 전달 메커니즘을 밝히기 위해 전자빔 3D 프린팅에서 와이어 공급 모델링을 수행했습니다. 그들은 주로 열 입력에 의해 결정되는 액체 브리지 전이, 액적 전이 및 중간 전이의 세 가지 유형의 금속 전달 모드를 보여주었습니다 .. Meng et al. (2020)은 레이저 빔 용접에서 용융 풀에 필러 와이어에 의해 추가 된 추가 요소의 전자기 교반 효과를 모델링했습니다. 용가재의 연속적인 액체 브릿지 이동이 가정되었고, 그 결과 전자기 교반의 영향이 키홀 깊이에 미미한 반면 필러 와이어 혼합을 향상 시켰습니다 [24] . Cho et al. (2017) 용접 방향에 수직 인 1 차원 빔 진동과 용접 라인을 따라 공급되는 필러 와이어를 사용하여 레이저 용접을위한 시뮬레이션 모델 개발 [25]. 그들은 시뮬레이션을 사용하여 특정 용접 현상, 즉 용융 풀의 단추 구멍 형성을 보여주었습니다. Cho et al. (2018)은 다중 반사 수와 전력 흡수량의 푸리에 변환을 사용하여 주파수 영역에서 소위 쵸핑 주파수 (2 x 빔 발진 주파수) 성분을 발견했습니다 [26] . 그러나 그들은 용융 풀 역학을 분석하기 위해 간접 신호를 사용했습니다. 따라서보다 직관적 인 분석을 위해서는 표면의 변동을 직접 측정해야합니다.

이 연구는 이전 연구에서 개발 된 레이저 용접 모델을 사용하여 3 차원 과도 CFD 시뮬레이션을 수행하여 빔 진동 및 필러 와이어 공급을 포함한 레이저 용접 공정에서 용융 풀 역학을 조사합니다. 용융 된 풀 표면의 시간적 변화는 시뮬레이션 결과에서 추출되었습니다. 추출 된 데이터는 주파수 영역뿐만 아니라 시간-주파수 영역에서도 분석되었습니다. 신호 처리를 통해 도출 된 결과는 특징적인 용융 풀 역학을 나타내며 빔 진동 주파수 및 단추 구멍 형성 측면에서 레이저 용접의 역학을 줄일 수있는 잠재력을 제공합니다.

2 . 방법론

그림 1도 1은 용접 방향에 수직 인 1 차원 빔 진동과 용접 라인을 따라 공급되는 필러 와이어를 사용하는 레이저 용접 프로세스의 개략적 설명을 보여줍니다. 1mm 두께의 알루미늄 합금 (AlSi1MgMn) 시트는 시트 표면에 초점을 맞춘 멀티 kW 파이버 레이저 (YLR-8000S, IPG Photonics, USA)를 사용하여 용접되었습니다. 시트는 에어 갭이있는 맞대기 이음으로 정렬되었습니다. 1 차원 스캐너 (ILV DC-Scanner, Ingenieurbüro für Lasertechnik + Verschleiss-Schutz (ILV), 독일)를 사용하여 레이저 빔의 1 차원 정현파 진동을 실현했습니다. 이 스캔 시스템에서 최대 진동 폭은 250Hz의 진동 주파수에서 1.4mm입니다. 오정렬에 대한 공차를 개선하기 위해 동일한 최대 너비 값이 사용되었습니다. 와이어 공급 시스템은 1을 공급했습니다. 2mm 직경의 알루미늄 합금 (AlSi5) 필러 와이어를 일정한 공급 속도로 에어 갭을 채 웁니다. 1mm 에어 갭의 경우 와이어 이송 속도는 용접 속도의 1.5 배 값으로 설정되었으며 참조 실험 조건은 문헌에서 얻었습니다 (Schultz, 2015 참조).[27] ).

그림 1

CFD 시뮬레이션은 레이저 용접에서 열 전달 및 용융 풀 동작을 계산하기 위해 수행되었습니다. 그림 2 는 CFD 시뮬레이션을위한 계산 영역을 보여줍니다. 실온에서 1.2mm 직경의 필러 와이어가 공급되고 레이저 빔이 진동했습니다. 1mm 두께의 공작물이 용접 속도로 왼쪽에서 오른쪽으로 이동했습니다. 0.1mm의 최소 메쉬 크기가 도메인에서 생성되었습니다. 침투 깊이가 더 깊은 이전 연구의 메쉬 테스트 결과는 0.2mm 이하의 메쉬 크기로 시뮬레이션 정확도가 확보 된 것으로 나타 났으므로 [28] 본 연구에서 사용 된 메쉬 크기가 적절할 수 있습니다. 도메인을 구성하는 세포의 수는 약 120 만 개였습니다. 1 번 테이블사용 된 레이저 용접 매개 변수를 보여줍니다. 용융 풀 역학 측면에서 다양한 진동 주파수와 에어 갭 크기가 고려되었으며 12 개의 용접 사례가 표 2 에 나와 있습니다. 표 3 은 시뮬레이션에 사용 된 알루미늄 합금과 순수 알루미늄 (Cho et al., 2018 [26] )의 표면 장력 계수를 제외하고 온도와 무관 한 열-물리적 재료 특성을 보여줍니다 . 여기서 표면 장력 계수는 액체 온도에서 온도와 표면 장력 계수 사이의 선형 관계를 가진 유일한 온도 의존적 ​​특성이었습니다.

그림 2

표 1 . . 레이저 용접 매개 변수.

레이저 용접 매개 변수
레이저 빔 파워3.0kW
빔 허리 반경50µm *
용접 속도6.0m / 분
와이어 공급 속도9.0m / 분
빔 진동 폭1.4mm
빔 진동 주파수100Hz, 150Hz, 200Hz, 250Hz
에어 갭 크기0.8mm, 0.9mm, 1.0mm, 1.1mm

반경은 1.07μm의 파장, 4.2mm • mrad의 빔 품질, 시준 초점 거리 및 초점 렌즈 200mm, 광섬유 직경 100μm의 원형 빔을 가정하여 계산되었습니다.

표 2 . 이 연구에서 고려한 용접 사례.

에어 갭 크기 [mm]진동 주파수 [Hz]
100150200250
0.9사례 1엑스엑스엑스
1.0사례 2사례 4사례 7사례 10
1.1사례 3사례 5사례 8사례 11
1.2엑스사례 6사례 912면

표 3 . 시뮬레이션에 사용 된 열 물리적 재료 특성 (Cho et al., 2018 [26] ).

특성상징
밀도ρ2700kg / m3
열 전도성케이1.7×102Wm K
점도ν1.15×10−삼kg / ms
표면 장력 계수 티엘*γ엘0.871 J / m2
표면 장력 온도 구배 *−1.55×10−4J / m 2 K
표면 장력 계수γγ엘−ㅏ(티−티엘)
비열8.5×102J / kg K
융합 잠열h에스엘3.36×105J / kg
기화 잠열 *hV1.05×107J / kg
Solidus 온도티에스847K
Liquidus 온도티엘905K
끓는점 *티비2743K

순수한 알루미늄.

시뮬레이션을 위해 단상 뉴턴 유체와 비압축성 층류가 가정되었습니다. 질량, 운동량 및 에너지 보존의 지배 방정식을 해결하여 계산 영역에서 속도, 압력 및 온도 분포를 얻었습니다. VOF 방법은 자유 표면 경계를 찾는 데 사용되었습니다. 스칼라 보존 방정식을 추가로 도입하여 용융 풀에서 충전재의 부피 분율을 계산했습니다. 시뮬레이션에 사용 된 레이저 용접의 수학적 모델은 다음과 같습니다. 레이저 빔은 가우스와 같은 전력 밀도 분포를 기반으로 697 개의 광선 에너지 번들로 나뉩니다. 광선 추적 방법을 사용하여 다중 반사를 고려했습니다. 재료에 대한 레이저 빔의 반사 (또는 흡수) 에너지는 프레 넬 반사 모델을 사용하여 계산되었습니다. 온도에 따른 흡수율의 변화를 고려 하였다. 혼합물의 흡수율은베이스 및 충전제 물질 분획의 가중 평균을 사용하여 계산되었습니다. 반동 압력과 부력도 고려되었습니다. 경계 조건으로 에너지와 압력의 균형은 VOF 방법으로 계산 된 자유 표면에서 고려되었습니다. 레이저 용접 모델과 지배 방정식은 FLOW-3D v.11.2 (2017), Flow Science, Inc.에서 유한 차분 방법과 유한 체적 방법을 사용하여 이산화되고 해결되었습니다. 경계 조건으로 에너지와 압력의 균형은 VOF 방법으로 계산 된 자유 표면에서 고려되었습니다. 레이저 용접 모델과 지배 방정식은 FLOW-3D v.11.2 (2017), Flow Science, Inc.에서 유한 차분 방법과 유한 체적 방법을 사용하여 이산화되고 해결되었습니다. 경계 조건으로 에너지와 압력의 균형은 VOF 방법으로 계산 된 자유 표면에서 고려되었습니다. 레이저 용접 모델과 지배 방정식은 FLOW-3D v.11.2 (2017), Flow Science, Inc.에서 유한 차분 방법과 유한 체적 방법을 사용하여 이산화되고 해결되었습니다.[29] . 계산에는 48GB RAM이 장착 된 Intel® Xeon® 프로세서 E5649로 구성된 워크 스테이션이 사용되었습니다. 계산 시스템을 사용하여 0.2 초 레이저 용접을 시뮬레이션하는 데 약 18 시간이 걸렸습니다. 지배 방정식 (Cho and Woizeschke, 2020 [30] ) 및 레이저 용접 모델 (Cho et al., 2018 [26] )에 대한 자세한 설명은 부록 A 에서 확인할 수 있습니다 .

그림 3 은 용융 풀 변동의 직접 측정에 대한 개략적 설명을 보여줍니다. 용융 풀의 역학을 분석하기 위해 시뮬레이션 중에 용융 풀 표면의 시간적 변동 운동을 측정했습니다. 상단 및 하단 표면 모두에서 10kHz의 샘플링 주파수로 변동을 측정 한 반면, 측정 위치는 X 축의 레이저 빔 위치에서 2mm 떨어진 용접 중심선에있었습니다. 그림 4시간 신호를 분석하는 데 사용되는 푸리에 변환 및 웨이블릿 변환의 개략적 설명을 보여줍니다. 측정 된 시간 신호는 고속 푸리에 변환 (FFT) 방법을 사용하여 주파수 영역으로 변환되었습니다. 결과는 측정 기간 동안 평균화 된 주파수 성분의 크기를 보여줍니다. 웨이블릿 변환 방법은 시간-주파수 영역에서 국부적 인 특성을 찾는 데 사용되었습니다. 결과는 주파수 구성 요소의 크기뿐만 아니라 시간 변화도 보여줍니다.

그림 3
그림 4

3 . 결과

이 연구 에서는 표 2에 표시된 12 가지 용접 사례 를 시뮬레이션했습니다. 그림 5 는 3 차원 시뮬레이션 결과를 평면도 와 바닥면으로 보여줍니다. 결과는 용융 된 풀의 거동에 따라 분류 할 수 있습니다 : 단추 구멍 형성 없음 (녹색), 안정 또는 불안정 단추 구멍 있음 (파란색), 불안정한 단추 구멍으로 인한 구멍 결함 (빨간색). 일반적인 열쇠 구멍보다 훨씬 큰 직경을 가진 단추 구멍은 레이저 용접의 특정 진동 조건에서 나타날 수 있습니다 (Vollertsen, 2016 [31]). 진동 주파수가 증가함에 따라 용접 이음 부 코스 및 스케일링 측면에서 시각적 이음새 품질이 향상되었습니다. 고주파에서 스케일링은 무시할 수있을 정도 였고 코스는 균질했습니다. 언더컷 결함의 발생도 감소했습니다. 그러나 관통 결함 부족 (case 7, case 10)이 나타났다. 에어 갭은 단추 구멍 형성에 중요했습니다. 에어 갭 크기가 증가함에 따라 단추 구멍이 더 쉽게 형성되었지만 구멍 결함으로 더 쉽게 남아 있습니다. 안정적인 단추 구멍 형성은 고려 된 공극 조건의 좁은 영역에서만 나타납니다.

그림 5

그림 6 은 시뮬레이션과 실험에서 융합 영역의 모양을 보여줍니다. 버튼 홀이없는 경우 1, 불안정한 버튼 홀 형성이있는 경우 8, 안정적인 버튼 홀 형성이있는 경우 11의 3 가지 경우에 대해 시뮬레이션 결과와 실험 결과를 비교하여 유사성을 나타냈다. 본 연구에서 고려한 용접 조건의 경우 표면 품질 결과는 Fig. 5 와 같이 큰 차이를 보였으 나 단면 융착 영역 [26] 과 형상은 큰 차이를 보이지 않았다.

그림 6

무화과. 7 과 8 은 각각 100Hz와 250Hz의 진동 주파수에서 시뮬레이션 결과를 기반으로 분석 된 용융 풀 역학과 시뮬레이션 및 실험 결과를 보여줍니다. 이전 연구에서 볼 수 있듯이 레이저 빔의 진동 주파수는 단추 구멍 형성과 밀접한 관련이 있습니다 (Cho et al., 2018 [26] 참조 ). 그림 7 (a) 및 (b)는 각각 시뮬레이션 및 실험을 기반으로 한 진동 주파수 100Hz에서 대표적인 용융 풀 동작을 보여줍니다. 완전히 관통 된 키홀 및 버튼 홀 형성은 관찰되지 않았으며 응고 후 거친 비드 표면이 남았습니다. 그림 7(c)와 (d)는 각각 윗면과 바닥면의 표면 변동에 대한 시뮬레이션 결과를 기반으로 한 용융 풀 역학 분석을 보여줍니다. 샘플링 데이터는 상단 표면이 공작물의 상단 표면 위치에서 평균적으로 변동하는 반면 하단 표면은 공작물의 하단 표면 위치에서 평균적으로 변동하는 것으로 나타났습니다. 표면 변동의 푸리에 변환 및 웨이블릿 변환 결과는 명확한 1  주파수 (2 x 빔 발진 주파수, 이른바 초핑 주파수, Cho et al., 2018 [26] 참조 ) 및 2  주파수 (4 x 빔 발진)를 보여줍니다. 주파수) 두 표면의 구성 요소, 그러나 바닥 표면과 첫 번째에 대한 결과주파수 성분이 더 강합니다. 반면 그림 8 (a)와 (b)에서 보는 바와 같이 250Hz의 진동 주파수에서 시뮬레이션과 실험 결과는 안정된 버튼 홀 형성과 응고 후 매끄러운 비드 표면을 나타냈다. 그림 8 의 샘플링 신호의 진폭은 그림 7 의 진폭 보다 작으며 푸리에 변환 및 웨이블릿 변환의 결과에서 중요한 주파수 성분이 발견되지 않았습니다.

Fi 7
그림 8

Fig. 9 는 진동 주파수 200Hz에서 시뮬레이션 결과를 바탕으로 분석 된 용융 풀 역학과 시뮬레이션 및 실험 결과를 보여준다. 이 주파수에서 Fig. 9 (a)와 (b) 에서 보는 바와 같이 , 시뮬레이션과 실험 모두에서 불안정한 buttonhole 거동이 관찰되었다. 바닥면에서 샘플링 데이터의 푸리에 변환 및 웨이블릿 변환의 결과 빔 발진 주파수 성분이 발견되었습니다.

그림 9

4 . 토론

시뮬레이션 및 실험 결과는 비드 표면 품질이 향상되고 빔 진동 주파수가 증가함에 따라 버튼 홀이 형성되는 것으로 나타났습니다. 표면의 변동 데이터에 대한 푸리에 변환 및 웨이블릿 변환의 결과에 따라 다음과 같은 주요 주파수 구성 요소가 발견되었습니다. 1  및 2 버튼 홀 형성이없는 주파수, 불안정한 용융 풀 거동이있는 빔 진동 주파수, 안정적인 버튼 홀 형성이있는 중요한 주파수 성분이 없습니다. 이들 중 불안정한 용융 풀 동작과 관련된 빔 진동 주파수 성분은 완전히 관통 된 키홀과 반복적으로 생성 및 붕괴되는 불안정한 버튼 홀의 특성으로 인해 웨이블릿 변환 결과에서 명확한 실선 형태로 나타나지 않았습니다. 분석 결과는 윗면보다 바닥면에서 더 분명했습니다. 이는 필러 와이어 공급 및 키홀 링 공정에서 강한 하향 흐름으로 인해 용융 풀 역학이 바닥 표면 영역에서 더 강했기 때문입니다. 진동 주파수가 증가함에 따라 용융 풀 역학과 상단 표면과 하단 표면 간의 차이가 감소했습니다.

첫 번째 주파수 (2 x 빔 진동 주파수)는이 연구에서 관찰 된 가장 분명한 구성 요소였습니다. Schultz et al. (2018)은 또한 실험을 통해 동일한 성분을 발견했습니다 [32] , 용융 풀 표면 운동에 대한 푸리에 분석을 수행했습니다. 첫 번째 주파수 성분은 빔 발진주기 당 두 개의 주요 이벤트가 있음을 의미합니다. 이것은 레이저 빔이 빔 진동주기 당 두 번 와이어를 절단하거나 절단하는 프로세스와 일치합니다. 용융 된 와이어 팁은 낮은 진동 주파수에서 고르지 않고 날카로운 모서리를 갖는 것으로 나타났습니다 (Cho et al., 2018 [26] ). 이것은 첫 번째 원인이 될 수 있습니다.용융 된 풀에서 지배적이되는 주파수 성분. 진동 주파수가 증가하면 용융 된 와이어 팁이 더 균일 해 지므로 효과가 감소합니다. 용접 방향으로의 정현파 횡 방향 빔 진동을 통한 에너지 집중도 빔 진동주기 당 두 번 발생합니다. 그림 10 은 발진 주파수에 따른 레이저 빔의 라인 에너지 (단위 길이 당 에너지)의 변화를 보여줍니다. 그림 10 b) 의 라인 에너지 는 레이저 출력을 공정 속도로 나누어 계산했습니다. 여기서 처리 속도는(w이자형엘디나는엔지에스피이자형이자형디)2+(디(에스나는엔유에스영형나는디ㅏ엘wㅏV이자형나는엔에프나는지.10ㅏ))디티)2. 낮은 발진 주파수에서 라인 에너지는 발진 폭의 양쪽 끝에 과도하게 집중됩니다. 이러한 집중된 에너지는 과도한 키홀 링 프로세스를 초래하므로 언더컷 결함이 나타날 수있는 높은 흐름 역학이 발생합니다. 진동 주파수가 증가함에 따라 집중 에너지는 더 작은 조각으로 나뉩니다. 따라서 높은 진동 주파수에서 과도한 키홀 링 및 수반되는 언더컷 결함의 발생이 감소되었습니다. 위에서 언급 한 두 가지 현상 (불균일 한 와이어 팁과 집중된 라인 에너지)은 빔 발진주기 당 두 번 발생하며 발진 주파수가 증가하면 그 효과가 감소합니다. 따라서 저주파 에서 2  주파수 성분 (4 x 빔 발진 주파수)이 나타나는 것은이 두 현상의 동시 작용입니다.

그림 10

두 가지 현상 중 첫 번째 주파수 에 대한 주된 효과 는 집중된 라인 에너지입니다. Cho et al. (2018)은 전력 흡수 데이터를 푸리에 변환을 사용하여 분석했을 때 1  주파수 성분이 더 우세 해졌고, 2  주파수 성분은 발진 주파수가 증가함에 따라 상대적으로 약화 되었음을 보여주었습니다 [26] . 용융 된 와이어 팁은 또한 빈도가 증가함에 따라 더욱 균일 해졌습니다. 결과는 진동 주파수의 증가가 용융 풀에 대한 와이어의 영향을 제거하는 것으로 나타났습니다. 따라서 발진 주파수가 증가함에 따라 라인 에너지 집중의 영향 만 남을 수 있습니다. 그림 10 과 같이, 집중 선 에너지가 작은 조각으로 분할되기 때문에 효과도 감소하지만 최대 값이 변경되지 않았기 때문에 여전히 효과적입니다.

빔 진동 주파수 성분은 불안정한 단추 구멍 및 열쇠 구멍 붕괴를 수반하는 불안정한 용융 풀 동작과 관련이 있습니다. 언더컷 결함이있는 케이스 8 (발진 주파수 200Hz)에서 발진 주파수 성분이 관찰되었습니다. 이것은 특히 완전히 관통 된 열쇠 구멍과 불안정한 단추 구멍에서 불안정한 용융 풀 동작을 보여주었습니다. 경우 10 (진동 주파수 250Hz)의 경우 상대적으로 건강한 비드가 형성 되었으나, 도 11 (a) 와 같이 웨이블릿 변환 결과에서 t1의 시간 간격으로 진동 주파수 성분이 관찰되었다 . 이 시간 간격 t1의 용융 풀 거동은 그림 11에 나와 있습니다.(비). 완전히 관통 된 열쇠 구멍이 즉시 무너지는 것이 분명하게 관찰되었습니다. 이것은 진동 주파수 성분이 불안정한 용융 풀 거동과 밀접한 관련이 있음을 보여줍니다. 발견 된 주파수 성분으로부터 완전히 관통 된 열쇠 구멍과 같은 불안정한 용융 풀 거동을 예측할 수 있습니다. 완전히 관통 된 키홀이 반복적으로 붕괴되기 때문에 빔 진동 주파수 성분은 그림 9 (d) 와 같이 웨이블릿 변환 결과에서 명확한 실선 형태로 보이지 않습니다 .

그림 11

Cho and Woizeschke (2020)에 따르면 단추 구멍 형성은 자체 지속 가능한 카테 노이드처럼 작용하기 때문에 용융 풀 역학을 감소시킬 수 있습니다 [30] . 그림 12 는 버튼 홀 형성 측면에서 t2의 시간 간격에서 용융 풀 거동의 변화를 보여줍니다. 단추 구멍은 t2의 간헐적 인 부분에만 형성되었습니다. 1st 이후이 시간 동안 웨이블릿 변환의 결과로 주파수 성분이 사라졌고, 버튼 홀 형성은 용융 풀 역학을 줄이는 데 효과적이었습니다. 따라서, 웨이블릿 변환의 결과로 주파수 성분이 지워지는 것을 관찰함으로써 버튼 홀 형성을 예측할 수있다. 이와 관련하여 웨이블릿 변환 기술은 시간에 따른 용융 풀 변화를 나타낼 수 있습니다. 이 기술은 향후 용융 풀 동작을 모니터링하는 데 사용될 수 있습니다.

그림 12

5 . 결론

CFD 시뮬레이션 결과를 사용하여 빔 진동 및 필러 와이어 공급을 통한 레이저 용접에서 용융 풀 역학을 분석 할 수있었습니다. 용융 풀 표면의 변동 데이터의 푸리에 변환 및 웨이블릿 변환은 여기서 용융 풀 역학을 분석하는 데 사용되었습니다. 결과는 다음과 같은 결론으로 ​​이어집니다.1.

 주파수 (2 x 빔 발진 주파수, 이른바 초핑 주파수), 2  주파수 (4 x 빔 발진 주파수) 및 빔 발진 주파수 성분은 푸리에 변환 및 웨이블릿 변환 분석에서 발견 된 주요 성분이었습니다.2.

 주파수와 2  주파수 성분 의 출현은 두 가지 사건, 즉 레이저 빔에 의한 필러 와이어의 절단 공정과 집중된 레이저 라인 에너지의 효과의 결과였습니다. 이는 빔 진동주기 당 두 번 발생했습니다. 따라서 두 번째 주파수 성분은 동시 작용으로 인해 발생했습니다. 빔 진동 주파수 성분은 불안정한 용융 풀 동작과 관련이 있습니다. 구성 요소는 열쇠 구멍과 단추 구멍의 붕괴와 함께 나타났습니다.삼.

낮은 발진 주파수에서는 1  주파수와 2  주파수 성분이 함께 나타 났지만 발진 주파수가 증가함에 따라 그 크기가 함께 감소했습니다. 집중 선 에너지는 주파수가 증가함에 따라 최대 값이 변하지 않는 반면, 잘게 잘린 선단이 평평 해져 그 효과가 사라졌기 때문에 쵸핑 프로세스보다 더 큰 영향을 미쳤습니다.4.

용융 풀 거동의 빠른 시간적 변화는 웨이블릿 변환 방법을 사용하여 분석되었습니다. 따라서이 방법은 열쇠 구멍 및 단추 구멍의 형성 및 붕괴와 같은 일시적인 용융 풀 변화를 해석하는 데 사용할 수 있습니다.

CRediT 저자 기여 성명

조원익 : 개념화, 방법론, 소프트웨어, 검증, 형식 분석, 조사, 데이터 큐 레이션, 글쓰기-원고, 글쓰기-검토 및 편집. Peer Woizeschke : 감독, 프로젝트 관리, 작문-검토 및 편집.

경쟁 관심의 선언

저자는이 논문에보고 된 작업에 영향을 미칠 수있는 경쟁적인 재정적 이해 관계 나 개인적 관계가 없다고 선언합니다.

감사의 말

이 작업은 알루미늄 합금 용접 역량 센터 (Centr-Al)에서 수행되었습니다. Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, 프로젝트 번호 290705638 , “용접 풀 캐비티를 생성하여 레이저 깊은 용입 용접에서 매끄러운 이음매 표면”) 의 자금은 감사하게도 인정됩니다.

부록 A . 사용 된 지배 방정식 및 레이저 용접 모델

1 . 지배 방정식 (Cho 및 Woizeschke [ 30 ])

-대량 보존 방정식,(A1)∇·V→=미디엄˙에스ρ어디, V→속도 벡터입니다. ρ밀도이고 미디엄˙에스필러 와이어를 공급하여 질량 소스의 비율입니다. 단위미디엄에스단위 부피당 질량입니다. WFS (와이어 공급 속도) 및 필러 와이어의 직경과 같은 매스 소스 및 필러 와이어 조건,디w계산 영역에서 다음과 같은 관계가 있습니다.(A2)미디엄=∫미디엄에스디V=미디엄0+씨×ρ×W에프에스×π디w24×티어디, 미디엄총 질량, 미디엄0초기 총 질량, V볼륨입니다.씨단위 변환 계수입니다. 티시간입니다.

-운동량 보존 방정식,(A3)∂V→∂티+V→·∇V→=−1ρ∇피+ν∇2V→−케이V→+미디엄˙에스ρ(V에스→−V→)+지어디, 피압력입니다. ν동적 점도입니다. 케이뭉툭한 영역의 다공성 매체 모델에 대한 항력 계수, V에스→질량 소스에 대한 속도 벡터입니다. 지신체 힘으로 인한 신체 가속도입니다.

-에너지 절약 방정식,(A4)∂h∂티+V→·∇h=1ρ∇·(케이∇티)+h˙에스어디, h특정 엔탈피입니다. 케이열전도율, 티온도이고 h˙에스특정 엔탈피 소스로, Eq 의 질량 소스와 연관됩니다 (A1) . 계산 영역의 총 에너지,이자형다음과 같이 계산됩니다.(A5)이자형=∫미디엄에스h에스디V=∫미디엄에스씨Vw티w디V어디, 씨Vw질량 원의 비열, 티w질량 소스의 온도입니다.

또한, 엔탈피 기반 연속체 모델을 사용하여 고체-액체 상 전이를 고려했습니다.

-VOF 방정식,(A6)∂에프∂티+∇·(V→에프)=에프˙에스어디, 에프유체가 차지하는 부피 분율이며 0과 1 사이의 값을 가지며 에프˙에스질량의 소스와 연결된 유체의 체적 분율의 비율 식. (A1) . 질량 공급원에 해당하는 부피 분율은 다음에 할당됩니다.에프에스.

-스칼라 보존 방정식,(A7)∂Φ∂티+∇·(V→Φ)=Φ˙에스어디, Φ필러 와이어의 스칼라 값입니다. 셀의 유체가 전적으로 필러 와이어로 구성된 경우Φ1이고 유체에 대한 필러 와이어의 부피 분율에 따라 0과 1 사이에서 변경됩니다. Φ˙에스Eq 에서 질량 소스에 연결된 스칼라 소스의 비율입니다 (A1) . 스칼라 소스는 전적으로 필러 와이어이기 때문에 1에 할당됩니다. 확산 효과는 고려되지 않았습니다.

2 . 레이저 용접 모델 (Cho et al. [26] )

흡수율을 계산하기 위해 프레 넬 반사 모델을 사용했습니다. ㅏ=1−ρ씨재료의 표면 상에 도시 된 바와 같이 수학 식. (A8) 원 편광 빔의 경우.(A8)ㅏ=1−ρ씨=1−12(ρ에스+ρ피)어디,ρ에스=(엔1씨영형에스θ−피)2+큐2(엔1씨영형에스θ+피)2+큐2,ρ에스=(피−엔1에스나는엔θ티ㅏ엔θ)2+큐2(피+엔1에스나는엔θ티ㅏ엔θ)2+큐2,피2=12{[엔22−케이22−(엔1에스나는엔θ)2]2+2엔22케이22+[엔22−케이22−(엔1에스나는엔θ)2]},큐2=12{[엔22−케이22−(엔1에스나는엔θ)2]2+2엔22케이22−[엔22−케이22−(엔1에스나는엔θ)2]}.어디, 복잡한 인덱스 엔1과 케이1반사 지수와 공기의 흡수 지수이며 엔2과 케이2공작물을위한 것입니다. θ입사각입니다. 도시 된 바와 같이 수학 식. (A9)에서 , 혼합물의 흡수율은 식에서 얻은 모재 및 필러 와이어 분획의 가중 평균이됩니다 . (A7) .(A9)ㅏ미디엄나는엑스티유아르 자형이자형=Φㅏw나는아르 자형이자형+(1−Φ)ㅏ비ㅏ에스이자형어디, ㅏ비ㅏ에스이자형과 ㅏw나는아르 자형이자형각각 비금속과 필러 와이어의 흡수율입니다.

자유 표면 경계에서의 반동 압력 에이 싱은 Eq. (A10) .(A10)피아르 자형(티)≅0.54피에스ㅏ티(티)=0.54피0이자형엑스피(엘V티−티비아르 자형¯티티비)어디, 피에스ㅏ티포화 압력, 피0대기압입니다. 엘V기화의 잠열, 티비끓는 온도이고 아르 자형¯보편적 인 기체 상수입니다.

참고 문헌

D.J. Kotecki, D.L. Cheever, D.G. Howden
Mechanism of ripple formation during weld solidification
Weld. J., 51 (8) (1972), pp. 386s-391s
Google Scholar
[2]
M. Zacksenhouse, D.E. Hardt
Weld pool impedance identification for size measurement and control
J. Dyn. Syst. Meas. Control, 105 (3) (1983), pp. 179-184
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[3]
V.V. Semak, J.A. Hopkins, M.H. McCay, T.D. McCay
Melt pool dynamics during laser welding
J. Phys. D, 28 (1995), pp. 2443-2450
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[4]
A.J.R. Aendenroomer, G. den Ouden
Weld pool oscillation as a tool for penetration sensing during pulsed GTA welding
Weld. J., 77 (5) (1998), pp. 181s-187s
Google Scholar
[5]
M.J.M. Hermans, G. den Ouden
Process behavior and stability in short circuit gas metal arc welding
Weld. J., 78 (4) (1999), pp. 137-141
View Record in ScopusGoogle Scholar
[6]
B.Y.B. Yudodibroto, M.J.M. Hermans, Y. Hirata, G. den Ouden
Influence of filler wire addition on weld pool oscillation during gas tungsten arc welding
Sci. Technol. Weld. Join., 9 (2) (2004), pp. 163-168
View Record in ScopusGoogle Scholar
[7]
M. Geiger, K.-H. Leitz, H. Koch, A. Otto
A 3D transient model of keyhole and melt pool dynamics in laser beam welding applied to the joining of zinc coated sheets
Prod. Eng. Res. Dev., 3 (2009), pp. 127-136
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[8]
C. Kägeler, M. Schmidt
Frequency-based analysis of weld pool dynamics and keyhole oscillations at laser beam welding of galvanized steel sheets
Phys. Procedia, 5 (2010), pp. 447-453
ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar
[9]
Y. Shi, G. Zhang, X.J. Ma, Y.F. Gu, J.K. Huang, D. Fan
Laser-vision-based measurement and analysis of weld pool oscillation frequency in GTAW-P
Weld. J., 94 (2015), pp. 176s-187s
Google Scholar
[10]
J. Volpp, F. Vollertsen
Keyhole stability during laser welding—part I: modelling and evaluation
Prod. Eng.-Res. Dev., 10 (2016), pp. 443-457
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[11]
N. Postacioglu, P. Kapadia, J. Dowden
Capillary waves on the weld pool in penetration welding with a laser
J. Phys. D, 22 (1989), pp. 1050-1061
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[12]
N. Postacioglu, P. Kapadia, J. Dowden
Theory of the oscillations of an ellipsoidal weld pool in laser welding
J. Phys. D, 24 (1991), pp. 1288-1292
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[13]
J. Kroos, U. Gratzke, M. Vicanek, G. Simon
Dynamic behaviour of the keyhole in laser welding
J. Phys. D, 26 (1993), pp. 481-486
View Record in ScopusGoogle Scholar
[14]
H. Maruo, Y. Hirata
Natural frequency and oscillation modes of weld pools. 1st Report: weld pool oscillation in full penetration welding of thin plate
Weld. Int., 7 (8) (1993), pp. 614-619
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[15]
T. Klein, M. Vicanek, J. Kroos, I. Decker, G. Simon
Oscillations of the keyhole in penetration laser beam welding
J. Phys. D, 27 (1994), pp. 2023-2030
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[16]
T. Klein, M. Vicanek, G. Simon
Forced oscillations of the keyhole in penetration laser beam welding
J. Phys. D, 29 (1996), pp. 322-332
View Record in ScopusGoogle Scholar
[17]
K. Andersen, G.E. Cook, R.J. Barnett, A.M. Strauss
Synchronous weld pool oscillation for monitoring and control
IEEE Trans. Ind. Appl., 33 (2) (1997), pp. 464-471
View Record in ScopusGoogle Scholar
[18]
W.-I. Cho, S.-J. Na, M.-H. Cho, J.-S. Lee
Numerical study of alloying element distribution in CO2 laser-GMA hybrid welding
Comput. Mater. Sci., 49 (2010), pp. 792-800
ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar
[19]
W.-I. Cho, S.-J. Na, C. Thomy, F. Vollertsen
Numerical simulation of molten pool dynamics in high power disk laser welding
J. Mater. Process. Technol., 212 (2012), pp. 262-275
ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar
[20]
A. Otto, A. Patschger, M. Seiler
Numerical and experimental investigations of humping phenomena in laser micro welding
Phys. Procedia, 83 (2016), pp. 1415-1423
ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar
[21]
R. Lin, H.-P. Wang, F. Lu, J. Solomon, B.E. Carlson
Numerical study of keyhole dynamics and keyhole-induced porosity formation in remote laser welding of Al alloys
Int. J. Heat Mass Trans., 108 (2017), pp. 244-256
ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar
[22]
S.H. Ko, C.D. Yoo, D.F. Farson, S.K. Choi
Mathematical modeling of the dynamic behavior of gas tungsten arc weld pools
Metall. Mater. Trans. B., 31B (2000), pp. 1465-1473
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[23]
R. Hu, X. Chen, G. Yang, S. Gong, S. Pang
Metal transfer in wire feeding-based electron beam 3D printing: modes, dynamics, and transition criterion
Int. J. Heat Mass Transf., 126 (2018), pp. 877-887
ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar
[24]
X. Meng, A. Artinov, M. Bachmann, M. Rethmeier
Theoretical study of influence of electromagnetic stirring on transport phenomena in wire feed laser beam welding
J. Laser Appl., 32 (2020), Article 022026
CrossRefGoogle Scholar
[25]
W.-I. Cho, V. Schultz, F. Vollertsen
Simulation of the buttonhole formation during laser welding with wire feeding and beam oscillation
L. Overmeyer, U. Reisgen, A. Ostendorf, M. Schmidt (Eds.), Proceedings of the Lasers in Manufacturing, German Scientific Laser Society, Munich, Germany (2017)
Google Scholar
[26]
W.-I. Cho, V. Schultz, P. Woizeschke
Numerical study of the effect of the oscillation frequency in buttonhole welding
J. Mater. Process. Technol., 261 (2018), pp. 202-212
ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar
[27]
V. Schultz, T. Seefeld, F. Vollertsen
Bridging Large Air Gaps by Laser Welding with Beam Oscillation
International Conference on Application of Lasers in Manufacturing, New Delhi, India (2015), pp. 31-32
CrossRefGoogle Scholar
[28]
W.-I. Cho, S.-J. Na
Impact of wavelengths of CO2, disk, and green lasers on fusion zone shape in laser welding of steel
J. Weld. Join., 38 (3) (2020), pp. 235-240
CrossRefView Record in ScopusGoogle Scholar
[29]
FLOW-3D User Manual. 2017. Version 11.2.1.06, Flow Science Inc.
Google Scholar
[30]
W.-I. Cho, P. Woizeschke
Analysis of molten pool behavior with buttonhole formation in laser keyhole welding of sheet metal
Int. J. Heat Mass Transf., 152 (2020), Article 119528
ArticleDownload PDFView Record in ScopusGoogle Scholar
[31]
F. Vollertsen
Loopless production: definition and examples from joining
69th IIW Annual Assembly and International Conference, Melbourne, Australia (2016)
Google Scholar
[32]
V. Schultz, W.-I. Cho, A. Merkel, P. Woizeschke
Deep penetration laser welding with high seam surface quality due to buttonhole welding
Proc. of the IIW Annual Assembly, Com. IV, Bali, Indonesia (2018)
IIW-Doc. IV-1390-18

The realm of operations of FLOW-3D

ADDITIVE MANUFACTURING SIMULATIONS

Capabilities of FLOW-3D

FLOW-3D는 자유 표면 유체 흐름 시뮬레이션을 전문으로하는 다중 물리 CFD 소프트웨어입니다. 자유 표면의 동적 진화를 추적하는 소프트웨어의 알고리즘인 VOF (Volume of Fluid) 방법은 Flow Science의 설립자인 Tony Hirt 박사가 개척했습니다.

또한 FLOW-3D에는 금속 주조, 잉크젯 인쇄, 레이저 용접 및 적층 제조 (AM)와 같은 광범위한 응용 분야를 시뮬레이션하기위한 물리 모델이 내장되어 있습니다.
적층 제조 시뮬레이션 소프트웨어, 특히 L-PBF (레이저 파우더 베드 융합 공정)의 현상 유지는 열 왜곡, 잔류 응력 및지지 구조 생성과 같은 부분 규모 모델링에 도움이되는 열 기계 시뮬레이션에 초점을 맞추고 있습니다.

유용하지만 용융 풀 역학 및 볼링 및 다공성과 같은 관련 결함에 대한 정보는 일반적으로 이러한 접근 방식의 영역 밖에 있습니다. 용융 풀 내의 유체 흐름, 열 전달 및 표면 장력이 열 구배 및 냉각 속도에 영향을 미치며 이는 다시 미세 구조 진화에 영향을 미친다는 점을 명심하는 것도 중요합니다.

FLOW-3D와 이산 요소법 (DEM) 및 WELD 모듈을 사용하여 분말 및 용융 풀 규모에서 시뮬레이션 할 수 있습니다.
구현되는 관련 물리학에는 점성 흐름, 열 전달, 응고, 상 변화, 반동 압력, 차폐 가스 압력, 표면 장력, 움직이는 물체 및 분말 / 입자 역학이 포함됩니다. 이러한 접근 방식은 합금에 대한 공정을 성공적으로 개발할 수 있게 하고, AM 기계 제조업체와 AM 기술의 최종 사용자 모두에게 관심있는 미세 구조 진화에 대한 통찰력을 제공하는데 도움이 됩니다.

The realm of operations of FLOW-3D
The realm of operations of FLOW-3D

FLOW-3D는 레이저 분말 베드 융합 (L-PBF), 직접 에너지 증착 (DED) 및 바인더 제트 공정으로 확장되는 기능을 가지고 있습니다.
FLOW-3D를 사용하면 분말 확산 및 패킹, 레이저 / 입자 상호 작용, 용융 풀 역학, 표면 형태 및 후속 미세 구조 진화를 정확하게 시뮬레이션 할 수 있습니다. 이러한 기능은 FLOW-3D에 고유하며 계산 효율성이 높은 방식으로 달성됩니다.

예를 들어 1.0mm x 0.4mm x 0.3mm 크기의 계산 영역에서 레이저 빔의 단일 트랙을 시뮬레이션하기 위해 레이저 용융 모델은 단 8 개의 물리적 코어에서 약 2 시간이 걸립니다.
FLOW-3D는 모든 관련 물리 구현 간의 격차를 해소하는 동시에 업계 및 연구 표준에서 허용하는 시간 프레임으로 결과를 생성합니다. 분말 패킹, 롤러를 통한 파워 확산, 분말의 레이저 용융, 용융 풀 형성 및 응고를 고려하고 다층 분말 베드 융합 공정을 위해 이러한 단계를 순차적으로 반복하여 FLOW-3D에서 전체 AM 공정을 시뮬레이션 할 수 있습니다.

FLOW-3D의 다층 시뮬레이션은 이전에 응고된 층의 열 이력을 저장한다는 점에서 독특하며, 열 전달을 고려하여 이전에 응고된 층에 확산된 새로운 분말 입자 세트에 대해 시뮬레이션이 수행됩니다.
또한, 응고 된 베드의 열 왜곡 및 잔류 응력은 FLOW-3D를 사용하여 평가할 수 있으며, 보다 복잡한 분석을 수행하기 위해 FLOW-3D의 압력 및 온도 데이터를 Abaqus 및 MSC Nastran과 같은 FEA 소프트웨어로 내보낼 수 있습니다.

Sequence of a multi-layer L-PBF simulation setup in FLOW-3D

Ease of Use

FLOW-3D는 다양한 응용 분야에서 거의 40 년 동안 사용되어 왔습니다. 사용자 피드백을 기반으로 UI 개발자는 소프트웨어를 사용하기 매우 직관적으로 만들었으며 새로운 사용자는 시뮬레이션 설정의 순서를 거의 또는 전혀 어려움없이 이해합니다.
사용자는 FLOW3D에서 구현 된 다양한 모델의 이론에 정통하며 새로운 실험을 설계 할 수 있습니다. 실습 튜토리얼, 비디오 강의, 예제 시뮬레이션 및 기술 노트의 저장소도 사용할 수 있습니다.
사용자가 특정 수준의 경험에 도달하면 고급 수치 교육 및 소프트웨어 사용자 지정 교육을 사용할 수 있습니다.

Available Literature

실험 데이터에 대해 FLOW-3D 모델을 검증하는 몇 가지 독립적으로 발표된 연구가 있습니다. 여기에서 수록된 저널 논문은 레이저 용접 및 적층 제조 공정으로 제한됩니다. 더 많은 참조는 당사 웹 사이트에서 확인할 수 있습니다.

Laser Welding

  1. L.J.Zhang, J.X.Zhang, A.Gumenyuk, M.Rethmeier, S.J.Na, Numerical simulation of full penetration laser welding of thick steel plate with high power high brightness laser, Journal of Materials Processing Technology, Volume 214, Issue 8, 2014.
    A study by researchers from BAM in Germany, KAIST in Korea, and State Key Laboratory of Mechanical Behavior of Materials in China that focuses on keyhole dynamics and full penetration laser welding of steel plates.
  2. Runqi Lin, Hui-ping Wang, Fenggui Lu, Joshua Solomon, Blair E.
    Carlson, Numerical study of keyhole dynamics and keyhole-induced porosity formation in remote laser welding of Al alloys, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 108, Part A, 2017.
    General Motors (GM) and Shangai University collaborated on a study on the influence of welding speed and weld angle of inclination on porosity occurrence in laser keyhole welding.
  3. Koji Tsukimoto, Masashi Kitamura, Shuji Tanigawa, Sachio Shimohata, and Masahiko Mega, Laser Welding Repair for Single Crystal Blades, International Gas Turbine Congress, Tokyo, 2015.
    Mitsubishi Heavy Industry’s study on laser welding repair using laser cladding for single Ni crystal alloys used in gas turbine blades.

Additive Manufacturing

  1. Yu-Che Wu, Cheng-Hung San, Chih-Hsiang Chang, Huey-Jiuan Lin, Raed Marwan, Shuhei Baba, Weng-Sing Hwang, Numerical modeling of melt-pool behavior in selective laser melting with random powder distribution and experimental validation, Journal of Materials Processing Technology, Volume 254, 2018
    This paper discusses powder bed compaction with random packing for different powder-size distributions, and the importance of considering evaporation effects in the melting process to validate the melt pool dimensions.
  2. Lee, Y.S., and W.Zhang, Mesoscopic simulation of heat transfer and fluid flow in laser powder bed additive manufacturing, Proceedings of the Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, TX, USA. 2015
    A study conducted by Ohio State University researchers to understand the influence of process parameters in formation of balling defects.
  3. Y.S. Lee, W.Zhang, Modeling of heat transfer, fluid flow and solidification microstructure of nickel-base superalloy fabricated by laser powder bed fusion, Additive Manufacturing, Volume 12, Part B, 2016
    A study conducted by Ohio State University researchers to understand the influence of solidification parameters, calculated from the temperature fields, on solidification morphology and grain size using existing theoretical models in laser powder bed fusion processes.

 

 

Laser Keyhole Welding (레이저 키홀 용접)

진동이 없는 레이저 키홀 용접


진동이 없는 레이저 용접의 문제점

  • 틈새 조건에서 허용 오차가 낮아지는 좁은 조인트 폭
  • 레이저가 꺼질 때 끝의 큰 구멍
  • 속도가 높아 침투가 불충분 할 수 있음
  • 사용 가능한 레이저 출력으로부터 제한을 받음

진동이 있는 레이저 랩 용접

  • 키홀의 붕괴를 방지하는 고속 스캐닝이 가능
    – 다공성을 최소화함
  • 인터페이스 간극에서 브리지 간격을 조정하여 조인트 폭을 조정할 수 있는 유연성을 제공함

진동이 있는 레이저 용접의 장점

  • 성능 및 스타일링을 위한 제품을 개선
  • 최초의 품질에서 요구를 충족시키기위해 결함을 감소
  • 성능의 요구 사항을 충족시킬 수 있는 맞춤형 용접 형상

진동 용접 : 실험 결과


모델 검증


한 사이클 내의 키홀의 움직임

  • 진동이 없을 때 : 일관된 전도 또는 키홀 용접
  • 진동이 있을 때 : 전도 용접을 하며 경로 및 시간에 따라 한 번의 주기 내에서 얕은 키홀과 깊은 키홀이 용접 간 전환 가능

진동을 이용한 레이저 용접의 장점

  • 진동을 이용한 최초 품질이 향상됨
  • 키홀로 인한 다공성을 피하면서 빠른 용접 속도를 가능하게 함
  • 전력 변조가 사용되지 않는 경우에 각 주기 내에서 키홀과 전도 모델 간의 전환이 가능
  • 진동의 매개 변수를 변경하여 중요한 용접의 너겟 치수 및 강도의 조정이 가능
  • 시트 간의 틈 브리징을 개선

What’s happening at the melt pool?/레이저 가공

Laser keyhole welding

레이저 키홀(Keyhole) 가공(No oscillations/진동 고려하지 않을 경우)

높은 속도에서 다공성을 감소시키는 경우(Reduced porosity at high speed-mechanism)

고속 레이저 가공(진동 고려하지 않음)해석 시 고려사항

  • 틈새 조건에 대한 허용 오차가 낮아지는 좁은 조인트(Joint) 너비
  • 레이저가 꺼질 때 큰 끝 분화구(Large end crater)
  • 속도가 높을 때 불충분한 침투(Penetration)
  • 제한된 사용가능한 레이저 출력 : 6kW

진동을 고려한 레이저 랩(Lap) 용접

  • 키홀(Keyhole) 붕괴를 방지하는 고속 스캐닝 가능
    – 다공성(Porosity) 최소화
  • 인터페이스 간극(Interface gaps)에서 브리지 간격(Bridge gaps)을 조정하여 조인트(Joint) 폭을 조정할 수 있는 유연성 제공

진동을 고려한 레이저 용접 : 실험 결과와 비교

모델 검증

사이클(One cycle) 내에서 키홀(Keyhole) 역학

  • 진동을 고려하지 않을 경우 : 일관된 전도 또는 키홀 용접
  • 진동을 고려할 경우 : 경로와 일정에 따라 한 번의 주기내에서 전도 용접, 얕은 키홀(Keyhole)과 깊은 키홀(Keyhole) 용접 간 전환 가능

진동을 고려한 레이저 가공의 이점

  • 진동을 통한 최초 품질 향상
  • 키홀(Keyhole)로 인한 다공성(Porosity)을 피하면서 높은 용접 속도 가능
  • 전력 변조가 사용되지 않는 경우, 각 주기내에서 키홀(Keyhole) 및 전도 모델간 전환
  • 진동 매개 변수 변경을 통해 중요 용접 너겟(Nugget) 치수 및 강도 조정 가능
  • 시트 간 틈 브리징(Gap gridging) 개선

Additive Manufacturing & Welding Bibliography

Additive Manufacturing & Welding Bibliography

다음은 적층 제조 및 용접 참고 문헌의 기술 문서 모음입니다. 이 모든 논문에는 FLOW-3D AM 결과가 나와 있습니다. FLOW-3D AM을 사용하여 적층 제조, 레이저 용접 및 기타 용접 기술에서 발견되는 프로세스를 성공적으로 시뮬레이션하는 방법에 대해 자세히 알아보십시오.

2024년 3월 20일 update

3-24 Kunjie Dai, Xing He, Decheng Kong, Chaofang Dong, Multi-physical field simulation to yield defect-free IN718 alloy fabricated by laser powder bed fusion, Materials Letters, 355; 135437, 2024. doi.org/10.1016/j.matlet.2023.135437

2-24 You Wang, Yinkai Xie, Huaixue Li, Caiyou Zeng, Ming Xu, Hongqiang Zhang, In-situ monitoring plume, spattering behavior and revealing their relationship with melt flow in laser powder bed fusion of nickel-based superalloy, Journal of Materials Science & Technology, 177; pp. 44-58, 2024. doi.org/10.1016/j.jmst.2023.07.068

1-24 Yukai Chen, Hongtu Xu, Yu Lu, Yin Wang, Shuangyuzhou Wang, Ke Huang, Qi Zhang, Prediction of microstructure for Inconel 718 laser welding process using multi-scale model, Proceedings of the 14th International Conference on the Technology of Plasticity – Current Trends in the Technology of Plasticity, pp. 713-722, 2024. doi.org/10.1007/978-3-031-41341-4_75

211-23 Giovanni Chianese, Qamar Hayat, Sharhid Jabar, Pasquale Franciosa, Darek Ceglarek, Stanislao Patalano, A multi-physics CFD study to investigate the impact of laser beam shaping on metal mixing and molten pool dynamics during laser welding of copper to steel for battery terminal-to-casing connections, Journal of Materials Processing Technology, 322; 118202, 2023. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.118202

207-23 Dong Liu, Jiaqi Pei, Hua Hou, Xiaofeng Niu, Yuhong Zhao, Optimizing solidification dendrites and process parameters for laser powder bed fusion additive manufacturing of GH3536 superalloy by finite volume and phase-field method, Journal of Materials Research and Technology, 27; pp. 3323-3338, 2023. doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.10.188

206-23 Houshang Yin, Jingfan Yang, Ralf D. Fischer, Zilong Zhang, Bart Prorok, Lang Yuan, Xiaoyuan Lou, Pulsed laser additive manufacturing for 316L stainless steel: a new approach to control subgrain cellular structure, JOM, 75; pp. 5027-5036, 2023. doi.org/10.1007/s11837-023-06177-8

205-23 Francis Ogoke, William Lee, Ning-Yu Kao, Alexander Myers, Jack Beuth, Jonathan Malen, Amir Barati Farimani, Convolutional neural networks for melt depth prediction and visualization in laser powder bed fusion, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 129; pp. 3047-3062, 2023. doi.org/10.1007/s00170-023-12384-z

202-23 Habib Hamed Zargari, Kazuhiro Ito, Abhay Sharma, Effect of workpiece vibration frequency on heat distribution and material flow in the molten pool in tandem-pulsed gas metal arc welding, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 129; pp. 2507-2522, 2023. doi.org/10.1007/s00170-023-12424-8

199-23 Yukai Chen, Yin Wang, Hao Li, Yu Lu, Bin Han, Qi Zhang, Effects of process parameters on the microstructure of Inconel 718 during powder bed fusion based on cellular automata approach, Virtual and Physical Prototyping, 18.1; e2251032, 2023. doi.org/10.1080/17452759.2023.2251032

197-23 Qiong Wu, Chuang Qiao, Yuhang Wu, Zhe Liu, Xiaodan Li, Ju Wang, Xizhong An, Aijun Huang, Chao Voon Samuel Lim, Numerical investigation on the reuse of recycled powders in powder bed fusion additive manufacturing, Additive Manufacturing, 77; 103821, 2023. doi.org/10.1016/j.addma.2023.103821

196-23 Daicong Zhang, Chunhui Jing, Wei Guo, Yuan Xiao, Jun Luo, Lehua Qi, Microchannels formed using metal microdroplets, Micromachines, 14.10; 1922, 2023. doi.org/10.3390/mi14101922

195-23 Trong-Nhan Le, Santosh Rauniyar, V.H. Nismath, Kevin Chou, An investigation into the effects of contouring process parameters on the up-skin surface characteristics in laser powder-bed fusion process, Manufacturing Letters, 35; Supplement, pp. 707-716, 2023. doi.org/10.1016/j.mfglet.2023.08.085

194-23 Kyubok Lee, Teresa J. Rinker, Masoud M. Pour, Wayne Cai, Wenkang Huang, Wenda Tan, Jennifer Bracey, Jingjing Li, A study on cracks and IMCs in laser welding of Al and Cu, Manufacturing Letters, 35; Supplement, pp. 221-231, 2023. doi.org/10.1016/j.mfglet.2023.08.026

192-23 Kunjie Dai, Xing He, Wei Zhang, Decheng Kong, Rong Guo, Minlei Hu, Ketai He, Chaofang Dong, Tailoring the microstructure and mechanical properties for Hastelloy X alloy by laser powder bed fusion via scanning strategy, Materials & Design, 235; 112386, 2023. doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112386

191-23 Jun Du, Daqing Wang, Jimiao He, Yongheng Zhang, Zhike Peng, Influence of droplet size and ejection frequency on molten pool dynamics and deposition morphology in TIG-aided droplet deposition manufacturing, International Communications in Heat and Mass Transfer, 148; 107075, 2023. doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2023.107075

188-23 Jin-Hyeong Park, Du-Song Kim, Dae-Won Cho, Jaewoong Kim, Changmin Pyo, Influence of thermal flow and predicting phase transformation on various welding positions, Heat and Mass Transfer, 2023. doi.org/10.1007/s00231-023-03429-w

184-23 Lin Gao, Jishnu Bhattacharyya, Wenhao Lin, Zhongshu Ren, Andrew C. Chuang, Pavel D. Shevchenko, Viktor Nikitin, Ji Ma, Sean R. Agnew, Tao Sun, Tailoring material microstructure and property in wire-laser directed energy deposition through a wiggle deposition strategy, Additive Manufacturing, 77; 103801, 2023. doi.org/10.1016/j.addma.2023.103801

182-23 Liping Guo, Hanjie Liu, Hongze Wang, Qianglong Wei, Jiahui Zhang, Yingyan Chen, Chu Lun Alex Leung, Qing Lian, Yi Wu, Yu Zou, Haowei Wang, A high-fidelity comprehensive framework for the additive manufacturing printability assessment, Journal of Manufacturing Processes, 105; pp. 219-231, 2023. doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.09.041

172-23 Liping Guo, Hanjie Liu, Hongze Wang, Qianglong Wei, Yakai Xiao, Zijue Tang, Yi Wu, Haowei Wang, Identifying the keyhole stability and pore formation mechanisms in laser powder bed fusion additive manufacturing, Journal of Materials Processing Technology, 321; 118153, 2023. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.118153

171-23 Yuhang Wu, Qiong Wu, Meng Li, Ju Wang, Dengzhi Yao, Hao Luo, Xizhong An, Haitao Fu, Hao Zhang, Xiaohong Yang, Qingchuan Zou, Shujun Li, Haibin Ji, Xing Zhang, Numerical investigation on effects of operating conditions and final dimension predictions in laser powder bed fusion of molybdenum, Additive Manufacturing, 76; 103783, 2023. doi.org/10.1016/j.addma.2023.103783

158-23 K. El Abbaoui, I. Al Korachi, M.T. Mollah, J. Spangenberg, Numerical modelling of planned corner deposition in 3D concrete printing, Archives of Materials Science and Engineering, 121.2; pp. 71-79, 2023. doi.org/10.5604/01.3001.0053.8488

156-23 Liping Guo, Hanjie Liu, Hongze Wang, Valentino A.M. Cristino, C.T. Kwok, Qianglong Wei, Zijue Tang, Yi Wu, Haowei Wang, Deepening the scientific understanding of different phenomenology in laser powder bed fusion by an integrated framework, International Journal of Heat and Mass Transfer, 216; 124596, 2023. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124596

154-23 Zhiyong Li, Xiuli He, Shaoxia Li, Xinfeng Kan, Yanjun Yin, Gang Yu, Sulfur-induced transitions of thermal behavior and flow dynamics in laser powder bed fusion of 316L powders, Thermal Science and Engineering Progress, 45; 102072, 2023. doi.org/10.1016/j.tsep.2023.102072

149-23 Shardul Kamat, Wayne Cai, Teresa J. Rinker, Jennifer Bracey, Liang Xi, Wenda Tan, A novel integrated process-performance model for laser welding of multi-layer battery foils and tabs, Journal of Materials Processing Technology, 320; 118121, 2023. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.118121

148-23 Reza Ghomashchi, Shahrooz Nafisi, Solidification of Al12Si melt pool in laser powder bed fusion, Journal of Materials En gineering and Performance, 2023. doi.org/10.1007/s11665-023-08502-3

133-23 Hesam Moghadasi, Md Tusher Mollah, Deepak Marla, Hamid Saffari, Jon Spangenberg, Computational fluid dynamics modeling of top-down digital light processing additive manufacturing, Polymers, 15.11; 2459, 2023. doi.org/10.3390/polym15112459

131-23 Luca Santoro, Raffaella Sesana, Rosario Molica Nardo, Francesca Curà, In line defect detection in steel welding process by means of thermography, Experimental Mechanics in Engineering and Biomechanics – Proceedings ICEM20, 19981, 2023.

128-23 Md Tusher Mollah, Raphaël Comminal, Wilson Ricardo Leal da Silva, Berin Šeta, Jon Spangenberg, Computational fluid dynamics modelling and experimental analysis of reinforcement bar integration in 3D concrete printing, Cement and Concrete Research, 173; 107263, 2023. doi.org/10.1016/j.cemconres.2023.107263

123-23 Arash Samaei, Zhongsheng Sang, Jennifer A. Glerum, Jon-Erik Mogonye, Gregory J. Wagner, Multiphysics modeling of mixing and material transport in additive manufacturing with multicomponent powder beds, Additive Manufacturing, 67; 103481, 2023. doi.org/10.1016/j.addma.2023.103481

122-23 Chu Han, Ping Jiang, Shaoning Geng, Lingyu Guo, Kun Liu, Inhomogeneous microstructure distribution and its formation mechanism in deep penetration laser welding of medium-thick aluminum-lithium alloy plates, Optics & Laser Technology, 167; 109783, 2023. doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109783

111-23 Alexander J. Myers, Guadalupe Quirarte, Francis Ogoke, Brandon M. Lane, Syed Zia Uddin, Amir Barati Farimani, Jack L. Beuth, Jonathan A. Malen, High-resolution melt pool thermal imaging for metals additive manufacturing using the two-color method with a color camera, Additive Manufacturing, 73; 103663, 2023. doi.org/10.1016/j.addma.2023.103663

107-23 M. Mohsin Raza, Yu-Lung Lo, Hua-Bin Lee, Chang Yu-Tsung, Computational modeling of laser welding for aluminum–copper joints using a circular strategy, Journal of Materials Research and Technology, 25; pp. 3350-3364, 2023. doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.06.122

106-23 H.Z. Lu, L.H. Liu, X. Luo, H.W. Ma, W.S. Cai, R. Lupoi, S. Yin, C. Yang, Formation mechanism of heterogeneous microstructures and shape memory effect in NiTi shape memory alloy fabricated via laser powder bed fusion, Materials & Design, 232; 112107, 2023. doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112107

105-23 Harun Kahya, Hakan Gurun, Gokhan Kucukturk, Experimental and analytical investigation of the re-melting effect in the manufacturing of 316L by direct energy deposition (DED) method, Metals, 13.6; 1144, 2023. doi.org/10.3390/met13061144

100-23 Dongju Chen, Gang Li, Peng Wang, Zhiqiang Zeng, Yuhang Tang, Numerical simulation of melt pool size and flow evolution for laser powder bed fusion of powder grade Ti6Al4V, Finite Elements in Analysis and Design, 223; 103971, 2023. doi.org/10.1016/j.finel.2023.103971

97-23 Mahyar Khorasani, Martin Leary, David Downing, Jason Rogers, Amirhossein Ghasemi, Ian Gibson, Simon Brudler, Bernard Rolfe, Milan Brandt, Stuart Bateman, Numerical and experimental investigations on manufacturability of Al–Si–10Mg thin wall structures made by LB-PBF, Thin-Walled Structures, 188; 110814, 2023. doi.org/10.1016/j.tws.2023.110814

95-23 M.S. Serdeczny, Laser welding of dissimilar materials – simulation driven optimization of process parameters, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1281; 012018, 2023. doi.org/10.1088/1757-899X/1281/1/012018

90-23 Lin Liu, Tubin Liu, Xi Dong, Min Huang, Fusheng Cao, Mingli Qin, Numerical simulation of thermal dynamic behavior and morphology evolution of the molten pool of selective laser melting BN/316L stainless steel composite, Journal of Materials Engineering and Performance, 2023. doi.org/10.1007/s11665-023-08210-y

89-23 M. P. Serdeczny, A. Jackman, High fidelity modelling of bead geometry in directed energy deposition – simulation driven optimization, Journal of Physics: Conference Series, NOLAMP19, 2023.

88-23 Lu Wang, Shuhao Wang, Yanming Zhang, Wentao Yan, Multi-phase flow simulation of powder streaming in laser-based directed energy deposition, International Journal of Heat and Mass Transfer, 212; 124240, 2023. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124240

80-23 Mahyar Khorasani, AmirHossein Ghasemi, Martin Leary, David Downing, Ian Gibson, Elmira G. Sharabian, Jithin Kozuthala Veetil, Milan Brandt, Stuart Batement, Bernard Rolfe, Benchmark models for conduction and keyhole modes in laser-based powder bed fusion of Inconel 718, Optics & Laser Technology, 164; 109509, 2023. doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109509

78-23   Md. Tusher Mollah, Raphaël Comminal, Marcin P. Serdeczny, Berin Šeta, Jon Spangenberg, Computational analysis of yield stress buildup and stability of deposited layers in material extrusion additive manufacturing, Additive Manufacturing, 71; 103605, 2023. doi.org/10.1016/j.addma.2023.103605

76-23   Asif Ur Rehman, Kashif Azher, Abid Ullah, Celal Sami Tüfekci, Metin Uymaz Salamci, Binder jetting of SS316L: a computational approach for droplet-powder interaction, Rapid Prototyping Journal, 2023. doi.org/10.1108/RPJ-08-2022-0264

75-23   Dengzhi Yao, Ju Wang, Hao Luo, Yuhang Wu, Xizhong An, Thermal behavior and control during multi-track laser powder bed fusion of 316 L stainless steel, Additive Manufacturing, 70; 103562, 2023. doi.org/10.1016/j.addma.2023.103562

61-23   Yaqing Hou, Hang Su, Hao Zhang, Fafa Li, Xuandong Wang, Yazhou He, Dupeng He, An integrated simulation model towards laser powder bed fusion in-situ alloying technology, Materials & Design, 228; 111795, 2023. doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111795

56-23   Maohong Yang, Guiyi Wu, Xiangwei Li, Shuyan Zhang, Honghong Wang, Jiankang Huang, Influence of heat source model on the behavior of laser cladding pool, Journal of Laser Applications, 35.2; 2023. doi.org/10.2351/7.0000963

45-23   Daniel Martinez, Philip King, Santosh Reddy Sama, Jay Sim, Hakan Toykoc, Guha Manogharan, Effect of freezing range on reducing casting defects through 3D sand-printed mold designs, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2023. doi.org/10.1007/s00170-023-11112-x

39-23   Peter S. Cook, David J. Ritchie, Determining the laser absorptivity of Ti-6Al-4V during laser powder bed fusion by calibrated melt pool simulation, Optics & Laser Technology, 162; 109247. 2023. doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109247

36-23   Yixuan Chen, Weihao Wang, Yao Ou, Yingna Wu, Zirong Zhai, Rui Yang, Impact of laser power and scanning velocity on microstructure and mechanical properties of Inconel 738LC alloys fabricated by laser powder bed fusion, TMS 2023 152nd Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings, pp. 138-149, 2023. doi.org/10.1007/978-3-031-22524-6_15

34-23   Chao Kang, Ikki Ikeda, Motoki Sakaguchi, Recoil and solidification of a paraffin droplet impacted on a metal substrate: Numerical study and experimental verification, Journal of Fluids and Structures, 118; 103839, 2023. doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2023.103839

30-23   Fei Wang, Tiechui Yuan, Ruidi Li, Shiqi Lin, Zhonghao Xie, Lanbo Li, Valentino Cristino, Rong Xu, Bing liu, Comparative study on microstructures and mechanical properties of ultra ductility single-phase Nb40Ti40Ta20 refractory medium entropy alloy by selective laser melting and vacuum arc melting, Journal of Alloys and Compounds, 942; 169065, 2023. doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169065

29-23   Haejin Lee, Yeonghwan Song, Seungkyun Yim, Kenta Aoyagi, Akihiko Chiba, Byoungsoo Lee, Influence of linear energy on side surface roughness in powder bed fusion electron beam melting process: Coupled experimental and simulation study, Powder Technology, 418; 118292, 2023.

27-23   Yinan Chen, Bo Li, Double-phase refractory medium entropy alloy NbMoTi via selective laser melting (SLM) additive manufacturing, Journal of Physics: Conference Series, 2419; 012074, 2023. doi.org/10.1088/1742-6596/2419/1/012074

23-23   Yunwei Gui, Kenta Aoyagi, Akihiko Chiba, Development of macro-defect-free PBF-EB-processed Ti–6Al–4V alloys with superior plasticity using PREP-synthesized powder and machine learning-assisted process optimization, Materials Science and Engineering: A, 864; 144595, 2023. doi.org/10.1016/j.msea.2023.144595

21-23   Tatsuhiko Sakai, Yasuhiro Okamoto, Nozomi Taura, Riku Saito, Akira Okada, Effect of scanning speed on molten metal behaviour under angled irradiation with a continuous-wave laser, Journal of Materials Processing Technology, 313; 117866, 2023. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.117866

19-23   Gianna M. Valentino, Arunima Banerjee, Alexander lark, Christopher M. Barr, Seth H. Myers, Ian D. McCue, Influence of laser processing parameters on the density-ductility tradeoff in additively manufactured pure tantalum, Additive Manufacturing Letters, 4; 100117, 2023. doi.org/10.1016/j.addlet.2022.100117

15-23   Runbo Jiang, Zhongshu Ren, Joseph Aroh, Amir Mostafaei, Benjamin Gould, Tao Sun, Anthony D. Rollett, Quantifying equiaxed vs epitaxial solidification in laser melting of CMSX-4 single crystal superalloy, Metallurgical and Materials Transactions A, 54; pp. 808-822, 2023. doi.org/10.1007/s11661-022-06929-2

14-23   Nguyen Thi Tien, Yu-Lung Lo, M. Mohsin Raza, Cheng-Yen Chen, Chi-Pin Chiu, Optimization of processing parameters for pulsed laser welding of dissimilar metal interconnects, Optics & Laser Technology, 159; 109022, 2023. doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.109022

9-23 Hou Yi Chia, Wentao Yan, High-fidelity modeling of metal additive manufacturing, Additive Manufacturing Technology: Design, Optimization, and Modeling, Ed. Kun Zhou, 2023.

8-23 Akash Aggarwal, Yung C. Shin, Arvind Kumar, Investigation of the transient coupling between the dynamic laser beam absorptance and the melt pool – vapor depression morphology in laser powder bed fusion process, International Journal of Heat and Mass Transfer, 201.2; 123663, 2023. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123663

199-22 Md. Tusher Mollah, Raphaël Comminal, Marcin P. Serdeczny, David B. Pedersen, Jon Spangenberg, Numerical predictions of bottom layer stability in material extrusion additive manufacturing, JOM, 74; pp. 1096-1101, 2022. doi.org/10.1007/s11837-021-05035-9

198-22 Md. Tusher Mollah, Amirpasha Moetazedian, Andy Gleadall, Jiongyi Yan, Wayne Edgar Alphonso, Raphael Comminal, Berin Seta, Tony Lock, Jon Spangenberg, Investigation on corner precision at different corner angles in material extrusion additive manufacturing: An experimental and computational fluid dynamics analysis, Proceedings of the 33rd Annual Solid Freeform Fabrication Symposium, 2022.

197-22 Md. Tusher Mollah, Marcin P. Serdeczny, Raphaël Comminal, Berin Šeta, Marco Brander, David B. Pedersen, Jon Spangenberg, A numerical investigation of the inter-layer bond and surface roughness during the yield stress buildup in wet-on-wet material extrusion additive manufacturing, ASPE and euspen Summer Topical Meeting, 77, 2022.

182-22   Chan Kyu Kim, Dae-Won Cho, Seok Kim, Sang Woo Song, Kang Myung Seo, Young Tae Cho, High-throughput metal 3D printing pen enabled by a continuous molten droplet transfer, Advanced Science, 2205085, 2022. doi.org/10.1002/advs.202205085

180-22 Xu Kaikai, Gong Yadong, Zhang Qiang, Numerical simulation of dynamic analysis of molten pool in the process of direct energy deposition, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2022. doi.org/10.1007/s00170-022-10271-7

179-22 Yasuhiro Okamoto, Nozomi Taura, Akira Okada, Study on laser drilling process of solid metal on its liquid, International Journal of Electrical Machining, 27; 2022. doi.org/10.2526/ijem.27.35

175-22 Lu Min, Xhi Xiaojie, Lu Peipei, Wu Meiping, Forming quality and wettability of surface texture on CuSn10 fabricated by laser powder bed fusion, AIP Advances, 12.12; 125114, 2022. doi.org/10.1063/5.0122076

174-22 Thinus Van Rhijn, Willie Du Preez, Maina Maringa, Dean Kouprianoff, An investigation into the optimization of the selective laser melting process parameters for Ti6Al4V through numerical modelling, JOM, 2022. doi.org/10.1007/s11837-022-05608-2

171-22 Jonathan Yoshioka, Mohsen Eshraghi, Temporal evolution of temperature gradient and solidification rate in laser powder bed fusion additive manufacturing, Heat and Mass Transfer, 2022. doi.org/10.1007/s00231-022-03318-8

170-22 Subin Shrestha and Kevin Chou, Residual heat effect on the melt pool geometry during the laser powder bed fusion process, Journal of Manufacturing and Materials Processing, 6.6; 153, 2022. doi.org/10.3390/jmmp6060153

169-22 Aryan Aryan, Obinna Chukwubuzo, Desmond Bourgeois, Wei Zhang, Hardness prediction by incorporating heat transfer and molten pool fluid flow in a mult-pass, multi-layer weld for onsite repair of Grade 91 steel, U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information, DOE-OSU-0032067, 2022. doi.org/10.2172/1898594

158-22 Dafan Du, Lu Wang, Anping Dong, Wentao Yan, Guoliang Zhu, Baode Sun, Promoting the densification and grain refinement with assistance of static magnetic field in laser powder bed fusion, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 183; 103965, 2022. doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2022.103965

157-22 Han Chu, Jiang Ping, Geng Shaoning, Liu Kun, Nucleation mechanism in oscillating laser welds of 2024 aluminium alloy: A combined experimental and numerical study, Optics & Laser Technology, 158.A; 108812, 2022. doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108812

153-22 Zixiang Li, Yinan Cui, Baohua Chang, Guan Liu, Ze Pu, Haoyu Zhang, Zhiyue Liang, Changmeng Liu, Li Wang, Dong Du, Manipulating molten pool in in-situ additive manufacturing of Ti-22Al-25 Nb through alternating dual-electron beams, Additive Manufacturing, 60.A; 103230, 2022. doi.org/10.1016/j.addma.2022.103230

149-22   Qian Chen, Yao Fu, Albert C. To, Multiphysics modeling of particle spattering and induced defect formation mechanism in Inconel 718 laser powder bed fusion, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 123; pp. 783-791, 2022. doi.org/10.1007/s00170-022-10201-7

146-22   Zixuan Wan, Hui-ping Wang, Jingjing Li, Baixuan Yang, Joshua Solomon, Blair Carlson, Effect of welding mode on remote laser stitch welding of zinc-coated steel with different sheet thickness combinations, Journal of Manufacturing Science and Engineering, MANU-21-1598, 2022. doi.org/10.1115/1.4055792

143-22   Du-Rim Eo, Seong-Gyu Chung, JeongHo Yang, Won Tae Cho, Sun-Hong Park, Jung-Wook Cho, Surface modification of high-Mn steel via laser-DED: Microstructural characterization and hot crack susceptibility of clad layer, Materials & Design, 223; 111188, 2022. doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111188

142-22   Zichuan Fu, Xiangman Zhou, Bin Luo, Qihua Tian, Numerical simulation study of the effect of weld current on WAAM welding pool dynamic and weld bead morphology, International Conference on Mechanical Design and Simulation, Proceedings, 12261; 122614G, 2022. doi.org/10.1117/12.2639074

132-22   Yiyu Huang, Zhonghao Xie, Wenshu Li, Haoyu Chen, Bin Liu, Bingfeng Wang, Dynamic mechanical properties of the selective laser melting NiCrFeCoMo0.2 high entropy alloy and the microstructure of molten pool, Journal of Alloys and Compounds, 927; 167011, 2022. doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167011

126-22   Jingqi Zhang, Yingang Liu, Gang Sha, Shenbao Jin, Ziyong Hou, Mohamad Bayat, Nan Yang, Qiyang Tan, Yu Yin, Shiyang Liu, Jesper Henri Hattel, Matthew Dargusch, Xiaoxu Huang, Ming-Xing Zhang, Designing against phase and property heterogeneities in additively manufactured titanium alloys, Nature Communications, 13; 4660, 2022. doi.org/10.1038/s41467-022-32446-2

119-22   Xu Kaikai, Gong Yadong, Zhao Qiang, Numerical simulation on molten pool flow of Inconel718 alloy based on VOF during additive manufacturing, Materials Today Communications, 33; 104147, 2022. doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.104147

118-22   AmirPouya Hemmasian, Francis Ogoke, Parand Akbari, Jonathan Malen, Jack Beuth, Amir Barati Farimani, Surrogate modeling of melt pool thermal field using deep learning, SSRN, 2022. doi.org/10.2139/ssrn.4190835

117-22   Chiara Ransenigo, Marialaura Tocci, Filippo Palo, Paola Ginestra, Elisabetta Ceretti, Marcello Gelfi, Annalisa Pola, Evolution of melt pool and porosity during laser powder bed fusion of Ti6Al4V alloy: Numerical modelling and experimental validation, Lasers in Manufacturing and Materials Processing, 2022. doi.org/10.1007/s40516-022-00185-3

112-22   Chris Jasien, Alec Saville, Chandler Gus Becker, Jonah Klemm-Toole, Kamel Fezzaa, Tao Sun, Tresa Pollock, Amy J. Clarke, In situ x-ray radiography and computational modeling to predict grain morphology in β-titanium during simulated additive manufacturing, Metals, 12.7; 1217, 2022. doi.org/10.3390/met12071217

110-22   Haotian Zhou, Haijun Su, Yinuo Guo, Peixin Yang, Yuan Liu, Zhonglin Shen, Di Zhao, Haifang Liu, Taiwen Huang, Min Guo, Jun Zhang, Lin Liu, Hengzhi Fu, Formation and evolution mechanisms of pores in Inconel 718 during selective laser melting: Meso-scale modeling and experimental investigations, Journal of Manufacturing Processes, 81; pp. 202-213, 2022. doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.06.072

109-22   Yufan Zhao, Huakang Bian, Hao Wang, Aoyagi Kenta, Yamanaka Kenta, Akihiko Chiba, Non-equilibrium solidification behavior associated with powder characteristics during electron beam additive manufacturing, Materials & Design, 221; 110915, 2022. doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110915

107-22   Dan Lönn, David Spångberg, Study of process parameters in laser beam welding of copper hairpins, Thesis, University of Skövde, 2022.

106-22   Liping Guo, Hongze Wang, Qianglong Wei, Hanjie Liu, An Wang, Yi Wu, Haowei Wang, A comprehensive model to quantify the effects of additional nano-particles on the printability in laser powder bed fusion of aluminum alloy and composite, Additive Manufacturing, 58; 103011, 2022. doi.org/10.1016/j.addma.2022.103011

104-22   Hongjiang Pan, Thomas Dahmen, Mohamad Bayat, Kang Lin, Xiaodan Zhang, Independent effects of laser power and scanning speed on IN718’s precipitation and mechanical properties produced by LBPF plus heat treatment, Materials Science and Engineering: A, 849; 143530, 2022. doi.org/10.1016/j.msea.2022.143530

101-22   Yufan Zhao, Kenta Aoyagi, Kenta Yamanaka, Akihiko Chiba, A survey on basic influencing factors of solidified grain morphology during electron beam melting, Materials & Design, 221; 110927, 2022. doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110927

98-22   Jon Spangenberg, Wilson Ricardo Leal da Silva, Md. Tusher Mollah, Raphaël Comminal, Thomas Juul Andersen, Henrik Stang, Integrating reinforcement with 3D concrete printing: Experiments and numerical modelling, Third RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, Eds. Ana Blanco, Peter Kinnell, Richard Buswell, Sergio Cavalaro, pp. 379-384, 2022.

93-22   Minglei Qu, Qilin Guo, Luis I. Escano, Samuel J. Clark Kamel Fezzaa, Lianyi Chen, Mitigating keyhole pore formation by nanoparticles during laser powder bed fusion additive manufacturing, Additive Manufacturing Letters, 100068, 2022. doi.org/10.1016/j.addlet.2022.100068

86-22   Patiparn Ninpetch, Prasert Chalermkarnnon, Pruet Kowitwarangkul, Multiphysics simulation of thermal-fluid behavior in laser powder bed fusion of H13 steel: Influence of layer thickness and energy input, Metals and Materials International, 2022. doi.org/10.1007/s12540-022-01239-z

85-22   Merve Biyikli, Taner Karagoz, Metin Calli, Talha Muslim, A. Alper Ozalp, Ali Bayram, Single track geometry prediction of laser metal deposited 316L-Si via multi-physics modelling and regression analysis with experimental validation, Metals and Materials International, 2022. doi.org/10.1007/s12540-022-01243-3

76-22   Zhichao Yang, Shuhao Wang, Lida Zhu, Jinsheng Ning, Bo Xin, Yichao Dun, Wentao Yan, Manipulating molten pool dynamics during metal 3D printing by ultrasound, Applied Physics Reviews, 9; 021416, 2022. doi.org/10.1063/5.0082461

73-22   Yu Sun, Liqun Li, Yu Hao, Sanbao Lin, Xinhua Tang, Fenggui Lu, Numerical modeling on formation of periodic chain-like pores in high power laser welding of thick steel plate, Journal of Materials Processing Technology, 306; 117638, 2022. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2022.117638

67-22   Yu Hao, Hiu-Ping Wang, Yu Sun, Liqun Li, Yihan Wu, Fenggui Lu, The evaporation behavior of zince and its effect on spattering in laser overlap welding of galvanized steels, Journal of Materials Processing Technology, 306; 117625, 2022. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2022.117625

65-22   Yanhua Zhao, Chuanbin Du, Peifu Wang, Wei Meng, Changming Li, The mechanism of in-situ laser polishing and its effect on the surface quality of nickel-based alloy fabricated by selective laser melting, Metals, 12.5; 778, 2022. doi.org/10.3390/met12050778

58-22   W.E. Alphonso, M. Bayat, M. Baier, S. Carmignato, J.H. Hattel, Multi-physics numerical modelling of 316L Austenitic stainless steel in laser powder bed fusion process at meso-scale, 17th UK Heat Transfer Conference (UKHTC2021), Manchester, UK, April 4-6, 2022.

57-22   Brandon Hayes, Travis Hainsworth, Robert MacCurdy, Liquid-solid co-printing of multi-material 3D fluidic devices via material jetting, Additive Manufacturing, in press, 102785, 2022. doi.org/10.1016/j.addma.2022.102785

55-22   Xiang Wang, Lin-Jie Zhang, Jie Ning, Suck-joo Na, Fluid thermodynamic simulation of Ti-6Al-4V alloy in laser wire deposition, 3D Printing and Additive Manufacturing, 2022. doi.org/10.1089/3dp.2021.0159

54-22   Junhao Zhao, Binbin Wang, Tong Liu, Liangshu Luo, Yanan Wang, Xiaonan Zheng, Liang Wang, Yanqing Su, Jingjie Guo, Hengzhi Fu, Dayong Chen, Study of in situ formed quasicrystals in Al-Mn based alloys fabricated by SLM, Journal of Alloys and Compounds, 909; 164847, 2022. doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164847

48-22   Yueming Sun, Jianxing Ma, Fei Peng, Konstantin G. Kornev, Making droplets from highly viscous liquids by pushing a wire through a tube, Physics of Fluids, 34; 032119, 2022. doi.org/10.1063/5.0082003

46-22   H.Z. Lu, T. Chen, H. Liu, H. Wang, X. Luo, C.H. Song, Constructing function domains in NiTi shape memory alloys by additive manufacturing, Virtual and Physical Prototyping, 17.3; 2022. doi.org/10.1080/17452759.2022.2053821

42-22   Islam Hassan, P. Ravi Selvaganapathy, Microfluidic printheads for highly switchable multimaterial 3D printing of soft materials, Advanced Materials Technologies, 2101709, 2022. doi.org/10.1002/admt.202101709

41-22   Nan Yang, Youping Gong, Honghao Chen, Wenxin Li, Chuanping Zhou, Rougang Zhou, Huifeng Shao, Personalized artificial tibia bone structure design and processing based on laser powder bed fusion, Machines, 10.3; 205, 2022. doi.org/10.3390/machines10030205

31-22   Bo Shen, Raghav Gnanasambandam, Rongxuan Wang, Zhenyu (James) Kong, Multi-Task Gaussian process upper confidence bound for hyperparameter tuning and its application for simulation studies of additive manufacturing, IISE Transactions, 2022. doi.org/10.1080/24725854.2022.2039813

27-22   Lida Zhu, Shuhao Wang, Hao Lu, Dongxing Qi, Dan Wang, Zhichao Yang, Investigation on synergism between additive and subtractive manufacturing for curved thin-walled structure, Virtual and Physical Prototyping, 17.2; 2022. doi.org/10.1080/17452759.2022.2029009

24-22   Hoon Sohn, Peipei Liu, Hansol Yoon, Kiyoon Yi, Liu Yang, Sangjun Kim, Real-time porosity reduction during metal directed energy deposition using a pulse laser, Journal of Materials Science & Technology, 116; pp. 214-223. doi.org/10.1016/j.jmst.2021.12.013

18-22   Yaohong Xiao, Zixuan Wan, Pengwei Liu, Zhuo Wang, Jingjing Li, Lei Chen, Quantitative simulations of grain nucleation and growth at additively manufactured bimetallic interfaces of SS316L and IN625, Journal of Materials Processing Technology, 302; 117506, 2022. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2022.117506

06-22   Amal Charles, Mohamad Bayat, Ahmed Elkaseer, Lore Thijs, Jesper Henri Hattel, Steffen Scholz, Elucidation of dross formation in laser powder bed fusion at down-facing surfaces: Phenomenon-oriented multiphysics simulation and experimental validation, Additive Manufacturing, 50; 102551, 2022. doi.org/10.1016/j.addma.2021.102551

05-22   Feilong Ji, Xunpeng Qin, Zeqi Hu, Xiaochen Xiong, Mao Ni, Mengwu Wu, Influence of ultrasonic vibration on molten pool behavior and deposition layer forming morphology for wire and arc additive manufacturing, International Communications in Heat and Mass Transfer, 130; 105789, 2022. doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105789

150-21   Daniel Knüttel, Stefano Baraldo, Anna Valente, Konrad Wegener, Emanuele Carpanzano, Model based learning for efficient modelling of heat transfer dynamics, Procedia CIRP, 102; pp. 252-257, 2021. doi.org/10.1016/j.procir.2021.09.043

149-21   T. van Rhijn, W. du Preez, M. Maringa, D. Kouprianoff, Towards predicting process parameters for selective laser melting of titanium alloys through the modelling of melt pool characteristics, Suid-Afrikaanse Tydskrif vir Natuurwetenskap en Tegnologie, 40.1; 2021. 

148-21   Qian Chen, Multiscale process modeling of residual deformation and defect formation for laser powder bed fusion additive manufacturing, Thesis, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA USA, 2021. 

147-21   Pareekshith Allu, Developing process parameters through CFD simulations, Lasers in Manufacturing Conference, 2021.

143-21   Asif Ur Rehman, Muhammad Arif Mahmood, Fatih Pitir, Metin Uymaz Salamci, Andrei C. Popescu, Ion N. Mihailescu, Spatter formation and splashing induced defects in laser-based powder bed fusion of AlSi10Mg alloy: A novel hydrodynamics modelling with empirical testing, Metals, 11.12; 2023, 2021. doi.org/10.3390/met11122023

142-21   Islam Hassan, Ponnambalam Ravi Selvaganapathy, A microfluidic printhead with integrated hybrid mixing by sequential injection for multimaterial 3D printing, Additive Manufacturing, 102559, 2021. doi.org/10.1016/j.addma.2021.102559

137-21   Ting-Yu Cheng, Ying-Chih Liao, Enhancing drop mixing in powder bed by alternative particle arrangements with contradictory hydrophilicity, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 104160, 2021. doi.org/10.1016/j.jtice.2021.104160

134-21   Asif Ur Rehman, Muhammad Arif Mahmood, Fatih Pitir, Metin Uymaz Salamci, Andrei C. Popescu, Ion N. Mihailescu, Keyhole formation by laser drilling in laser powder bed fusion of Ti6Al4V biomedical alloy: Mesoscopic computational fluid dynamics simulation versus mathematical modelling using empirical validation, Nanomaterials, 11.2; 3284, 2021. doi.org/10.3390/nano11123284

128-21   Sang-Woo Han, Won-Ik Cho, Lin-Jie Zhang, Suck-Joo Na, Coupled simulation of thermal-metallurgical-mechanical behavior in laser keyhole welding of AH36 steel, Materials & Design, 212; 110275, 2021. doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110275

127-21   Jiankang Huang, Zhuoxuan Li, Shurong Yu, Xiaoquan Yu, Ding Fan, Real-time observation and numerical simulation of the molten pool flow and mass transfer behavior during wire arc additive manufacturing, Welding in the World, 2021. doi.org/10.1007/s40194-021-01214-z

123-21   Boxue Song, Tianbiao Yu, Xingyu Jiang, Wenchao Xi, Xiaoli Lin, Zhelun Ma, ZhaoWang, Development of the molten pool and solidification characterization in single bead multilayer direct energy deposition, Additive Manufacturing, 102479, 2021. doi.org/10.1016/j.addma.2021.102479

112-21   Kathryn Small, Ian D. McCue, Katrina Johnston, Ian Donaldson, Mitra L. Taheri, Precision modification of microstructure and properties through laser engraving, JOM, 2021. doi.org/10.1007/s11837-021-04959-6

111-21   Yongki Lee, Jason Cheon, Byung-Kwon Min, Cheolhee Kim, Modelling of fume particle behaviour and coupling glass contamination during vacuum laser beam welding, Science and Technology of Welding and Joining, 2021. doi.org/10.1080/13621718.2021.1990658

110-21   Menglin Liu, Hao Yi, Huajun Cao, Rufeng Huang, Le Jia, Heat accumulation effect in metal droplet-based 3D printing: Evolution mechanism and elimination strategy, Additive Manufacturing, 48.A; 102413, 2021. doi.org/10.1016/j.addma.2021.102413

108-21   Nozomi Taura, Akiya Mitsunobu, Tatsuhiko Sakai, Yasuhiro Okamoto, Akira Okada, Formation and its mechanism of high-speed micro-grooving on metal surface by angled CW laser irradiation, Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 16.2, 2021. doi.org/10.2961/jlmn.2021.02.2006

105-21   Jon Spangenberg, Wilson Ricardo Leal da Silva, Raphaël Comminal, Md. Tusher Mollah, Thomas Juul Andersen, Henrik Stang, Numerical simulation of multi-layer 3D concrete printing, RILEM Technical Letters, 6; pp. 119-123, 2021. doi.org/10.21809/rilemtechlett.2021.142

104-21   Lin Chen, Chunming Wang, Gaoyang Mi, Xiong Zhang, Effects of laser oscillating frequency on energy distribution, molten pool morphology and grain structure of AA6061/AA5182 aluminum alloys lap welding, Journal of Materials Research and Technology, 15; pp. 3133-3148, 2021. doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.09.141

101-21   R.J.M. Wolfs, T.A.M. Salet, N. Roussel, Filament geometry control in extrusion-based additive manufacturing of concrete: The good, the bad and the ugly, Cement and Concrete Research, 150; 106615, 2021. doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106615

89-21   Wenlin Ye, Jin Bao, Jie Lei, Yichang Huang, Zhihao Li, Peisheng Li, Ying Zhang, Multiphysics modeling of thermal behavior of commercial pure titanium powder during selective laser melting, Metals and Materials International, 2021. doi.org/10.1007/s12540-021-01019-1

81-21   Lin Chen, Gaoyang Mi, Xiong Zhang, Chunming Wang, Effects of sinusoidal oscillating laser beam on weld formation, melt flow and grain structure during aluminum alloys lap welding, Journals of Materials Processing Technology, 298; 117314, 2021. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117314

77-21   Yujie Cui, Yufan Zhao, Haruko Numata, Kenta Yamanaka, Huakang Bian, Kenta Aoyagi, Akihiko Chiba, Effects of process parameters and cooling gas on powder formation during the plasma rotating electrode process, Powder Technology, 393; pp. 301-311, 2021. doi.org/10.1016/j.powtec.2021.07.062

76-21   Md Tusher Mollah, Raphaël Comminal, Marcin P. Serdeczny, David B. Pedersen, Jon Spangenberg, Stability and deformations of deposited layers in material extrusion additive manufacturing, Additive Manufacturing, 46; 102193, 2021. doi.org/10.1016/j.addma.2021.102193

72-21   S. Sabooni, A. Chabok, S.C. Feng, H. Blaauw, T.C. Pijper, H.J. Yang, Y.T. Pei, Laser powder bed fusion of 17–4 PH stainless steel: A comparative study on the effect of heat treatment on the microstructure evolution and mechanical properties, Additive Manufacturing, 46; 102176, 2021. doi.org/10.1016/j.addma.2021.102176

71-21   Yu Hao, Nannan Chena, Hui-Ping Wang, Blair E. Carlson, Fenggui Lu, Effect of zinc vapor forces on spattering in partial penetration laser welding of zinc-coated steels, Journal of Materials Processing Technology, 298; 117282, 2021. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117282

67-21   Lu Wang, Wentao Yan, Thermoelectric magnetohydrodynamic model for laser-based metal additive manufacturing, Physical Review Applied, 15.6; 064051, 2021. doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.064051

61-21   Ian D. McCue, Gianna M. Valentino, Douglas B. Trigg, Andrew M. Lennon, Chuck E. Hebert, Drew P. Seker, Salahudin M. Nimer, James P. Mastrandrea, Morgana M. Trexler, Steven M. Storck, Controlled shape-morphing metallic components for deployable structures, Materials & Design, 208; 109935, 2021. doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109935

60-21   Mahyar Khorasani, AmirHossein Ghasemi, Martin Leary, William O’Neil, Ian Gibson, Laura Cordova, Bernard Rolfe, Numerical and analytical investigation on meltpool temperature of laser-based powder bed fusion of IN718, International Journal of Heat and Mass Transfer, 177; 121477, 2021. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121477

57-21   Dae-Won Cho, Yeong-Do Park, Muralimohan Cheepu, Numerical simulation of slag movement from Marangoni flow for GMAW with computational fluid dynamics, International Communications in Heat and Mass Transfer, 125; 105243, 2021. doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105243

55-21   Won-Sang Shin, Dae-Won Cho, Donghyuck Jung, Heeshin Kang, Jeng O Kim, Yoon-Jun Kim, Changkyoo Park, Investigation on laser welding of Al ribbon to Cu sheet: Weldability, microstructure and mechanical and electrical properties, Metals, 11.5; 831, 2021. doi.org/10.3390/met11050831

50-21   Mohamad Bayat, Venkata K. Nadimpalli, Francesco G. Biondani, Sina Jafarzadeh, Jesper Thorborg, Niels S. Tiedje, Giuliano Bissacco, David B. Pedersen, Jesper H. Hattel, On the role of the powder stream on the heat and fluid flow conditions during directed energy deposition of maraging steel—Multiphysics modeling and experimental validation, Additive Manufacturing, 43;102021, 2021. doi.org/10.1016/j.addma.2021.102021

47-21   Subin Shrestha, Kevin Chou, An investigation into melting modes in selective laser melting of Inconel 625 powder: single track geometry and porosity, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2021. doi.org/10.1007/s00170-021-07105-3

34-21   Haokun Sun, Xin Chu, Cheng Luo, Haoxiu Chen, Zhiying Liu, Yansong Zhang, Yu Zou, Selective laser melting for joining dissimilar materials: Investigations ofiInterfacial characteristics and in situ alloying, Metallurgical and Materials Transactions A, 52; pp. 1540-1550, 2021. doi.org/10.1007/s11661-021-06178-9

32-21   Shanshan Zhang, Subin Shrestha, Kevin Chou, On mesoscopic surface formation in metal laser powder-bed fusion process, Supplimental Proceedings, TMS 150th Annual Meeting & Exhibition (Virtual), pp. 149-161, 2021. doi.org/10.1007/978-3-030-65261-6_14

22-21   Patiparn Ninpetch, Pruet Kowitwarangkul, Sitthipong Mahathanabodee, Prasert Chalermkarnnon, Phadungsak Rattanadecho, Computational investigation of thermal behavior and molten metal flow with moving laser heat source for selective laser melting process, Case Studies in Thermal Engineering, 24; 100860, 2021. doi.org/10.1016/j.csite.2021.100860

19-21   M.B. Abrami, C. Ransenigo, M. Tocci, A. Pola, M. Obeidi, D. Brabazon, Numerical simulation of laser powder bed fusion processes, La Metallurgia Italiana, February; pp. 81-89, 2021.

16-21   Wenjun Ge, Jerry Y.H. Fuh, Suck Joo Na, Numerical modelling of keyhole formation in selective laser melting of Ti6Al4V, Journal of Manufacturing Processes, 62; pp. 646-654, 2021. doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.01.005

11-21   Mohamad Bayat, Venkata K. Nadimpalli, David B. Pedersen, Jesper H. Hattel, A fundamental investigation of thermo-capillarity in laser powder bed fusion of metals and alloys, International Journal of Heat and Mass Transfer, 166; 120766, 2021. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120766

10-21   Yufan Zhao, Yuichiro Koizumi, Kenta Aoyagi, Kenta Yamanaka, Akihiko Chiba, Thermal properties of powder beds in energy absorption and heat transfer during additive manufacturing with electron beam, Powder Technology, 381; pp. 44-54, 2021. doi.org/10.1016/j.powtec.2020.11.082

9-21   Subin Shrestha, Kevin Chou, A study of transient and steady-state regions from single-track deposition in laser powder bed fusion, Journal of Manufacturing Processes, 61; pp. 226-235, 2021. doi.org/10.1016/j.jmapro.2020.11.023

6-21   Qian Chen, Yunhao Zhao, Seth Strayer, Yufan Zhao, Kenta Aoyagi, Yuichiro Koizumi, Akihiko Chiba, Wei Xiong, Albert C. To, Elucidating the effect of preheating temperature on melt pool morphology variation in Inconel 718 laser powder bed fusion via simulation and experiment, Additive Manufacturing, 37; 101642, 2021. doi.org/10.1016/j.addma.2020.101642

04-21   Won-Ik Cho, Peer Woizeschke, Analysis of molten pool dynamics in laser welding with beam oscillation and filler wire feeding, International Journal of Heat and Mass Transfer, 164; 120623, 2021. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120623

128-20   Mahmood Al Bashir, Rajeev Nair, Martina M. Sanchez, Anil Mahapatro, Improving fluid retention properties of 316L stainless steel using nanosecond pulsed laser surface texturing, Journal of Laser Applications, 32.4, 2020. doi.org/10.2351/7.0000199

127-20   Eric Riedel, Niklas Bergedieck, Stefan Scharf, CFD simulation based investigation of cavitation cynamics during high intensity ultrasonic treatment of A356, Metals, 10.11; 1529, 2020. doi.org/10.3390/met10111529

126-20   Benjamin Himmel, Material jetting of aluminium: Analysis of a novel additive manufacturing process, Thesis, Technical University of Munich, Munich, Germany, 2020. 

121-20   Yufan Zhao, Yujie Cui, Haruko Numata, Huakang Bian, Kimio Wako, Kenta Yamanaka, Kenta Aoyagi, Akihiko Chiba, Centrifugal granulation behavior in metallic powder fabrication by plasma rotating electrode process, Scientific Reports, 10; 18446, 2020. doi.org/10.1038/s41598-020-75503-w

116-20   Raphael Comminal, Wilson Ricardo Leal da Silva, Thomas Juul Andersen, Henrik Stang, Jon Spangenberg, Modelling of 3D concrete printing based on computational fluid dynamics, Cement and Concrete Research, 138; 106256, 2020. doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106256

112-20   Peng Liu, Lijin Huan, Yu Gan, Yuyu Lei, Effect of plate thickness on weld pool dynamics and keyhole-induced porosity formation in laser welding of Al alloy, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 111; pp. 735-747, 2020. doi.org/10.1007/s00170-020-05818-5

108-20   Fan Chen, Wentao Yan, High-fidelity modelling of thermal stress for additive manufacturing by linking thermal-fluid and mechanical models, Materials & Design, 196; 109185, 2020. doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109185

104-20   Yunfu Tian, Lijun Yang, Dejin Zhao, Yiming Huang, Jiajing Pan, Numerical analysis of powder bed generation and single track forming for selective laser melting of SS316L stainless steel, Journal of Manufacturing Processes, 58; pp. 964-974, 2020. doi.org/10.1016/j.jmapro.2020.09.002

100-20   Raphaël Comminal, Sina Jafarzadeh, Marcin Serdeczny, Jon Spangenberg, Estimations of interlayer contacts in extrusion additive manufacturing using a CFD model, International Conference on Additive Manufacturing in Products and Applications (AMPA), Zurich, Switzerland, September 1-3: Industrializing Additive Manufacturing, pp. 241-250, 2020. doi.org/10.1007/978-3-030-54334-1_17

97-20   Paree Allu, CFD simulation for metal Additive Manufacturing: Applications in laser- and sinter-based processes, Metal AM, 6.4; pp. 151-158, 2020.

95-20   Yufan Zhao, Kenta Aoyagi, Kenta Yamanaka, Akihiko Chiba, Role of operating and environmental conditions in determining molten pool dynamics during electron beam melting and selective laser melting, Additive Manufacturing, 36; 101559, 2020. doi.org/10.1016/j.addma.2020.101559

94-20   Yan Zeng, David Himmler, Peter Randelzhofer, Carolin Körner, Processing of in situ Al3Ti/Al composites by advanced high shear technology: influence of mixing speed, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 110; pp. 1589-1599, 2020. doi.org/10.1007/s00170-020-05956-w

93-20   H. Hamed Zargari, K. Ito, M. Kumar, A. Sharma, Visualizing the vibration effect on the tandem-pulsed gas metal arc welding in the presence of surface tension active elements, International Journal of Heat and Mass Transfer, 161; 120310, 2020. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120310

90-20   Guangxi Zhao, Jun Du, Zhengying Wei, Siyuan Xu, Ruwei Geng, Numerical analysis of aluminum alloy fused coating process, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Science and Engineering, 42; 483, 2020. doi.org/10.1007/s40430-020-02569-y

85-20   Wenkang Huang, Hongliang Wang, Teresa Rinker, Wenda Tan, Investigation of metal mixing in laser keyhold welding of dissimilar metals, Materials & Design, 195; 109056, 2020. doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109056

82-20   Pan Lu, Zhang Cheng-Lin, Wang Liang, Liu Tong, Liu Jiang-lin, Molten pool structure, temperature and velocity flow in selective laser melting AlCu5MnCdVA alloy, Materials Research Express, 7; 086516, 2020. doi.org/10.1088/2053-1591/abadcf

80-20   Yujie Cui, Yufan Zhao, Haruko Numata, Huakang Bian, Kimio Wako, Kento Yamanaka, Kenta Aoyagi, Chen Zhang, Akihiko Chiba, Effects of plasma rotating electrode process parameters on the particle size distribution and microstructure of Ti-6Al-4 V alloy powder, Powder Technology, 376; pp. 363-372, 2020. doi.org/10.1016/j.powtec.2020.08.027

78-20   F.Q. Liu, L. Wei, S.Q. Shi, H.L. Wei, On the varieties of build features during multi-layer laser directed energy deposition, Additive Manufacturing, 36; 101491, 2020. doi.org/10.1016/j.addma.2020.101491

75-20   Nannan Chen, Zixuan Wan, Hui-Ping Wang, Jingjing Li, Joshua Solomon, Blair E. Carlson, Effect of Al single bond Si coating on laser spot welding of press hardened steel and process improvement with annular stirring, Materials & Design, 195; 108986, 2020. doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108986

72-20   Yujie Cui, Kenta Aoyagi, Yufan Zhao, Kenta Yamanaka, Yuichiro Hayasaka, Yuichiro Koizumi, Tadashi Fujieda, Akihiko Chiba, Manufacturing of a nanosized TiB strengthened Ti-based alloy via electron beam powder bed fusion, Additive Manufacturing, 36; 101472, 2020. doi.org/10.1016/j.addma.2020.101472

64-20   Dong-Rong Liu, Shuhao Wang, Wentao Yan, Grain structure evolution in transition-mode melting in direct energy deposition, Materials & Design, 194; 108919, 2020. doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108919

61-20   Raphael Comminal, Wilson Ricardo Leal da Silva, Thomas Juul Andersen, Henrik Stang, Jon Spangenberg, Influence of processing parameters on the layer geometry in 3D concrete printing: Experiments and modelling, 2nd RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication, RILEM Bookseries, 28; pp. 852-862, 2020. doi.org/10.1007/978-3-030-49916-7_83

60-20   Marcin P. Serdeczny, Raphaël Comminal, Md. Tusher Mollah, David B. Pedersen, Jon Spangenberg, Numerical modeling of the polymer flow through the hot-end in filament-based material extrusion additive manufacturing, Additive Manufacturing, 36; 101454, 2020. doi.org/10.1016/j.addma.2020.101454

58-20   H.L. Wei, T. Mukherjee, W. Zhang, J.S. Zuback, G.L. Knapp, A. De, T. DebRoy, Mechanistic models for additive manufacturing of metallic components, Progress in Materials Science, 116; 100703, 2020. doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100703

55-20   Masoud Mohammadpour, Experimental study and numerical simulation of heat transfer and fluid flow in laser welded and brazed joints, Thesis, Southern Methodist University, Dallas, TX, US; Available in Mechanical Engineering Research Theses and Dissertations, 24, 2020.

48-20   Masoud Mohammadpour, Baixuan Yang, Hui-Ping Wang, John Forrest, Michael Poss, Blair Carlson, Radovan Kovacevica, Influence of laser beam inclination angle on galvanized steel laser braze quality, Optics and Laser Technology, 129; 106303, 2020. doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106303

34-20   Binqi Liu, Gang Fang, Liping Lei, Wei Liu, A new ray tracing heat source model for mesoscale CFD simulation of selective laser melting (SLM), Applied Mathematical Modeling, 79; pp. 506-520, 2020. doi.org/10.1016/j.apm.2019.10.049

27-20   Xuesong Gao, Guilherme Abreu Farira, Wei Zhang and Kevin Wheeler, Numerical analysis of non-spherical particle effect on molten pool dynamics in laser-powder bed fusion additive manufacturing, Computational Materials Science, 179, art. no. 109648, 2020. doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.109648

26-20   Yufan Zhao, Yuichiro Koizumi, Kenta Aoyagi, Kenta Yamanaka and Akihiko Chiba, Isothermal γ → ε phase transformation behavior in a Co-Cr-Mo alloy depending on thermal history during electron beam powder-bed additive manufacturing, Journal of Materials Science & Technology, 50, pp. 162-170, 2020. doi.org/10.1016/j.jmst.2019.11.040

21-20   Won-Ik Cho and Peer Woizeschke, Analysis of molten pool behavior with buttonhole formation in laser keyhole welding of sheet metal, International Journal of Heat and Mass Transfer, 152, art. no. 119528, 2020. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119528

06-20  Wei Xing, Di Ouyang, Zhen Chen and Lin Liu, Effect of energy density on defect evolution in 3D printed Zr-based metallic glasses by selective laser melting, Science China Physics, Mechanics & Astronomy, 63, art. no. 226111, 2020. doi.org/10.1007/s11433-019-1485-8

04-20   Santosh Reddy Sama, Tony Badamo, Paul Lynch and Guha Manogharan, Novel sprue designs in metal casting via 3D sand-printing, Additive Manufacturing, 25, pp. 563-578, 2019. doi.org/10.1016/j.addma.2018.12.009

02-20   Dongsheng Wu, Shinichi Tashiro, Ziang Wu, Kazufumi Nomura, Xueming Hua, and Manabu Tanaka, Analysis of heat transfer and material flow in hybrid KPAW-GMAW process based on the novel three dimensional CFD simulation, International Journal of Heat and Mass Transfer, 147, art. no. 118921, 2020. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118921

01-20   Xiang Huang, Siying Lin, Zhenxiang Bu, Xiaolong Lin, Weijin Yi, Zhihong Lin, Peiqin Xie, and Lingyun Wang, Research on nozzle and needle combination for high frequency piezostack-driven dispenser, International Journal of Adhesion and Adhesives, 96, 2020. doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2019.102453

88-19   Bo Cheng and Charles Tuffile, Numerical study of porosity formation with implementation of laser multiple reflection in selective laser melting, Proceedings Volume 1: Additive Manufacturing; Manufacturing Equipment and Systems; Bio and Sustainable Manufacturing, ASME 2019 14th International Manufacturing Science and Engineering Conference, Erie, Pennsylvania, USA, June 10-14, 2019. doi.org/10.1115/MSEC2019-2891

87-19   Shuhao Wang, Lida Zhu, Jerry Ying His Fuh, Haiquan Zhang, and Wentao Yan, Multi-physics modeling and Gaussian process regression analysis of cladding track geometry for direct energy deposition, Optics and Lasers in Engineering, 127:105950, 2019. doi.org/10.1016/j.optlaseng.2019.105950

78-19   Bo Cheng, Lukas Loeber, Hannes Willeck, Udo Hartel, and Charles Tuffile, Computational investigation of melt pool process dynamics and pore formation in laser powder bed fusion, Journal of Materials Engineering and Performance, 28:11, 6565-6578, 2019. doi.org/10.1007/s11665-019-04435-y

77-19   David Souders, Pareekshith Allu, Anurag Chandorkar, and Ruendy Castillo, Application of computational fluid dynamics in developing process parameters for additive manufacturing, Additive Manufacturing Journal, 9th International Conference on 3D Printing and Additive Manufacturing Technologies (AM 2019), Bangalore, India, September 7-9, 2019.

75-19   Raphaël Comminal, Marcin Piotr Serdeczny, Navid Ranjbar, Mehdi Mehrali, David Bue Pedersen, Henrik Stang, Jon Spangenberg, Modelling of material deposition in big area additive manufacturing and 3D concrete printing, Proceedings, Advancing Precision in Additive Manufacturing, Nantes, France, September 16-18, 2019.

73-19   Baohua Chang, Zhang Yuan, Hao Cheng, Haigang Li, Dong Du 1, and Jiguo Shan, A study on the influences of welding position on the keyhole and molten pool behavior in laser welding of a titanium alloy, Metals, 9:1082, 2019. doi.org/10.3390/met9101082

57-19     Shengjie Deng, Hui-Ping Wang, Fenggui Lu, Joshua Solomon, and Blair E. Carlson, Investigation of spatter occurrence in remote laser spiral welding of zinc-coated steels, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 140, pp. 269-280, 2019. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.06.009

53-19     Mohamad Bayat, Aditi Thanki, Sankhya Mohanty, Ann Witvrouw, Shoufeng Yang, Jesper Thorborg, Niels Skat Tieldje, and Jesper Henri Hattel, Keyhole-induced porosities in Laser-based Powder Bed Fusion (L-PBF) of Ti6Al4V: High-fidelity modelling and experimental validation, Additive Manufacturing, Vol. 30, 2019. doi.org/10.1016/j.addma.2019.100835

51-19     P. Ninpetch, P. Kowitwarangkul, S. Mahathanabodee, R. Tongsri, and P. Ratanadecho, Thermal and melting track simulations of laser powder bed fusion (L-PBF), International Conference on Materials Research and Innovation (ICMARI), Bangkok, Thailand, December 17-21, 2018. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 526, 2019. doi.org/10.1088/1757-899X/526/1/012030

46-19     Hongze Wang and Yu Zou, Microscale interaction between laser and metal powder in powder-bed additive manufacturing: Conduction mode versus keyhole mode, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 142, 2019. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118473

45-19     Yufan Zhao, Yuichiro Koizumi, Kenta Aoyagi, Kenta Yamanaka, and Akihiko Chiba, Manipulating local heat accumulation towards controlled quality and microstructure of a Co-Cr-Mo alloy in powder bed fusion with electron beam, Materials Letters, Vol. 254, pp. 269-272, 2019. doi.org/10.1016/j.matlet.2019.07.078

44-19     Guoxiang Xu, Lin Li, Houxiao Wang, Pengfei Li, Qinghu Guo, Qingxian Hu, and Baoshuai Du, Simulation and experimental studies of keyhole induced porosity in laser-MIG hybrid fillet welding of aluminum alloy in the horizontal position, Optics & Laser Technology, Vol. 119, 2019. doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105667

38-19     Subin Shrestha and Y. Kevin Chou, A numerical study on the keyhole formation during laser powder bed fusion process, Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 141, No. 10, 2019. doi.org/10.1115/1.4044100

34-19     Dae-Won Cho, Jin-Hyeong Park, and Hyeong-Soon Moon, A study on molten pool behavior in the one pulse one drop GMAW process using computational fluid dynamics, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 139, pp. 848-859, 2019. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.05.038

30-19     Mohamad Bayat, Sankhya Mohanty, and Jesper Henri Hattel, Multiphysics modelling of lack-of-fusion voids formation and evolution in IN718 made by multi-track/multi-layer L-PBF, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 139, pp. 95-114, 2019. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.05.003

29-19     Yufan Zhao, Yuichiro Koizumi, Kenta Aoyagi, Daixiu Wei, Kenta Yamanaka, and Akihiko Chiba, Comprehensive study on mechanisms for grain morphology evolution and texture development in powder bed fusion with electron beam of Co–Cr–Mo alloy, Materialia, Vol. 6, 2019. doi.org/10.1016/j.mtla.2019.100346

28-19     Pareekshith Allu, Computational fluid dynamics modeling in additive manufacturing processes, The Minerals, Metals & Materials Society (TMS) 148th Annual Meeting & Exhibition, San Antonio, Texas, USA, March 10-14, 2019.

24-19     Simulation Software: Use, Advantages & Limitations, The Additive Manufacturing and Welding Magazine, Vol. 2, No. 2, 2019

22-19     Hunchul Jeong, Kyungbae Park, Sungjin Baek, and Jungho Cho, Thermal efficiency decision of variable polarity aluminum arc welding through molten pool analysis, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 138, pp. 729-737, 2019. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.04.089

07-19   Guangxi Zhao, Jun Du, Zhengying Wei, Ruwei Geng and Siyuan Xu, Numerical analysis of arc driving forces and temperature distribution in pulsed TIG welding, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Vol. 41, No. 60, 2019. doi.org/10.1007/s40430-018-1563-0

04-19   Santosh Reddy Sama, Tony Badamo, Paul Lynch and Guha Manogharan, Novel sprue designs in metal casting via 3D sand-printing, Additive Manufacturing, Vol. 25, pp. 563-578, 2019. doi.org/10.1016/j.addma.2018.12.009

03-19   Dongsheng Wu, Anh Van Nguyen, Shinichi Tashiro, Xueming Hua and Manabu Tanaka, Elucidation of the weld pool convection and keyhole formation mechanism in the keyhold plasma arc welding, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 131, pp. 920-931, 2019. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.11.108

97-18   Wentao Yan, Ya Qian, Wenjun Ge, Stephen Lin, Wing Kam Liu, Feng Lin, Gregory J. Wagner, Meso-scale modeling of multiple-layer fabrication process in Selective Electron Beam Melting: Inter-layer/track voids formation, Materials & Design, 2018. doi.org/10.1016/j.matdes.2017.12.031

84-18   Bo Cheng, Xiaobai Li, Charles Tuffile, Alexander Ilin, Hannes Willeck and Udo Hartel, Multi-physics modeling of single track scanning in selective laser melting: Powder compaction effect, Proceedings of the 29th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, pp. 1887-1902, 2018.

81-18 Yufan Zhao, Yuichiro Koizumi, Kenta Aoyagi, Daixiu Wei, Kenta Yamanaka and Akihiko Chiba, Molten pool behavior and effect of fluid flow on solidification conditions in selective electron beam melting (SEBM) of a biomedical Co-Cr-Mo alloy, Additive Manufacturing, Vol. 26, pp. 202-214, 2019. doi.org/10.1016/j.addma.2018.12.002

77-18   Jun Du and Zhengying Wei, Numerical investigation of thermocapillary-induced deposited shape in fused-coating additive manufacturing process of aluminum alloy, Journal of Physics Communications, Vol. 2, No. 11, 2018. doi.org/10.1088/2399-6528/aaedc7

76-18   Yu Xiang, Shuzhe Zhang, Zhengying We, Junfeng Li, Pei Wei, Zhen Chen, Lixiang Yang and Lihao Jiang, Forming and defect analysis for single track scanning in selective laser melting of Ti6Al4V, Applied Physics A, 124:685, 2018. doi.org/10.1007/s00339-018-2056-9

74-18   Paree Allu, CFD simulations for laser welding of Al Alloys, Proceedings, Die Casting Congress & Exposition, Indianapolis, IN, October 15-17, 2018.

72-18   Hunchul Jeong, Kyungbae Park, Sungjin Baek, Dong-Yoon Kim, Moon-Jin Kang and Jungho Cho, Three-dimensional numerical analysis of weld pool in GMAW with fillet joint, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 19, No. 8, pp. 1171-1177, 2018. doi.org/10.1007/s12541-018-0138-4

60-18   R.W. Geng, J. Du, Z.Y. Wei and G.X. Zhao, An adaptive-domain-growth method for phase field simulation of dendrite growth in arc preheated fused-coating additive manufacturing, IOP Conference Series: Journal of Physics: Conference Series 1063, 012077, 2018. doi.org/10.1088/1742-6596/1063/1/012077

59-18   Guangxi Zhao, Jun Du, Zhengying Wei, Ruwei Geng and Siyuan Xu, Coupling analysis of molten pool during fused coating process with arc preheating, IOP Conference Series: Journal of Physics: Conference Series 1063, 012076, 2018. doi.org/10.1088/1742-6596/1063/1/012076 (Available at http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1063/1/012076/pdf and in shared drive)

58-18   Siyuan Xu, Zhengying Wei, Jun Du, Guangxi Zhao and Wei Liu, Numerical simulation and analysis of metal fused coating forming, IOP Conference Series: Journal of Physics: Conference Series 1063, 012075, 2018. doi.org/10.1088/1742-6596/1063/1/012075

55-18   Jason Cheon, Jin-Young Yoon, Cheolhee Kim and Suck-Joo Na, A study on transient flow characteristic in friction stir welding with realtime interface tracking by direct surface calculation, Journal of Materials Processing Tech., vol. 255, pp. 621-634, 2018.

54-18   V. Sukhotskiy, P. Vishnoi, I. H. Karampelas, S. Vader, Z. Vader, and E. P. Furlani, Magnetohydrodynamic drop-on-demand liquid metal additive manufacturing: System overview and modeling, Proceedings of the 5th International Conference of Fluid Flow, Heat and Mass Transfer, Niagara Falls, Canada, June 7 – 9, 2018; Paper no. 155, 2018. doi.org/10.11159/ffhmt18.155

52-18   Michael Hilbinger, Claudia Stadelmann, Matthias List and Robert F. Singer, Temconex® – Kontinuierliche Pulverextrusion: Verbessertes Verständnis mit Hilfe der numerischen Simulation, Hochleistungsmetalle und Prozesse für den Leichtbau der Zukunft, Tagungsband 10. Ranshofener Leichtmetalltage, 13-14 Juni 2018, Linz, pp. 175-186, 2018.

38-18   Zhen Chen, Yu Xiang, Zhengying Wei, Pei Wei, Bingheng Lu, Lijuan Zhang and Jun Du, Thermal dynamic behavior during selective laser melting of K418 superalloy: numerical simulation and experimental verification, Applied Physics A, vol. 124, pp. 313, 2018. doi.org/10.1007/s00339-018-1737-8

19-18   Chenxiao Zhu, Jason Cheon, Xinhua Tang, Suck-Joo Na, and Haichao Cui, Molten pool behaviors and their influences on welding defects in narrow gap GMAW of 5083 Al-alloy, International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 126:A, pp.1206-1221, 2018. doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.05.132

16-18   P. Schneider, V. Sukhotskiy, T. Siskar, L. Christie and I.H. Karampelas, Additive Manufacturing of Microfluidic Components via Wax Extrusion, Biotech, Biomaterials and Biomedical TechConnect Briefs, vol. 3, pp. 162 – 165, 2018.

09-18   The Furlani Research Group, Magnetohydrodynamic Liquid Metal 3D Printing, Department of Chemical and Biological Engineering, © University at Buffalo, May 2018.

08-18   Benjamin Himmel, Dominik Rumschöttel and Wolfram Volk, Thermal process simulation of droplet based metal printing with aluminium, Production Engineering, March 2018 © German Academic Society for Production Engineering (WGP) 2018.

07-18   Yu-Che Wu, Cheng-Hung San, Chih-Hsiang Chang, Huey-Jiuan Lin, Raed Marwan, Shuhei Baba and Weng-Sing Hwang, Numerical modeling of melt-pool behavior in selective laser melting with random powder distribution and experimental validation, Journal of Materials Processing Tech. 254 (2018) 72–78.

60-17   Pei Wei, Zhengying Wei, Zhen Chen, Yuyang He and Jun Du, Thermal behavior in single track during selective laser melting of AlSi10Mg powder, Applied Physics A: Materials Science & Processing, 123:604, 2017. doi.org/10.1007/z00339-017-1194-9

51-17   Koichi Ishizaka, Keijiro Saitoh, Eisaku Ito, Masanori Yuri, and Junichiro Masada, Key Technologies for 1700°C Class Ultra High Temperature Gas Turbine, Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, vol. 54, no. 3, 2017.

49-17   Yu-Che Wu, Weng-Sing Hwang, Cheng-Hung San, Chih-Hsiang Chang and Huey-Jiuan Lin, Parametric study of surface morphology for selective laser melting on Ti6Al4V powder bed with numerical and experimental methods, International Journal of Material Forming, © Springer-Verlag France SAS, part of Springer Nature 2017. doi.org/10.1007/s12289-017-1391-2.

37-17   V. Sukhotskiy, I. H. Karampelas, G. Garg, A. Verma, M. Tong, S. Vader, Z. Vader, and E. P. Furlani, Magnetohydrodynamic Drop-on-Demand Liquid Metal 3D Printing, Solid Freeform Fabrication 2017: Proceedings of the 28th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium – An Additive Manufacturing Conference

15-17   I.H. Karampelas, S. Vader, Z. Vader, V. Sukhotskiy, A. Verma, G. Garg, M. Tong and E.P. Furlani, Drop-on-Demand 3D Metal Printing, Informatics, Electronics and Microsystems TechConnect Briefs 2017, Vol. 4

14-17   Jason Cheon and Suck-Joo Na, Prediction of welding residual stress with real-time phase transformation by CFD thermal analysis, International Journal of Mechanical Sciences 131–132 (2017) 37–51.

91-16   Y. S. Lee and D. F. Farson, Surface tension-powered build dimension control in laser additive manufacturing process, Int J Adv Manuf Technol (2016) 85:1035–1044, doi.org/10.1007/s00170-015-7974-5.

84-16   Runqi Lin, Hui-ping Wang, Fenggui Lu, Joshua Solomon, Blair E. Carlson, Numerical study of keyhole dynamics and keyhole-induced porosity formation in remote laser welding of Al alloys, International Journal of Heat and Mass Transfer 108 (2017) 244–256, Available online December 2016.

68-16   Dongsheng Wu, Xueming Hua, Dingjian Ye and Fang Li, Understanding of humping formation and suppression mechanisms using the numerical simulation, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 104, January 2017, Pages 634–643, Published online 2016.

39-16   Chien-Hsun Wang, Ho-Lin Tsai, Yu-Che Wu and Weng-Sing Hwang, Investigation of molten metal droplet deposition and solidification for 3D printing techniques, IOP Publishing, J. Micromech. Microeng. 26 (2016) 095012 (14pp), doi: 10.1088/0960-1317/26/9/095012, July 8, 2016

29-16   Scott Vader, Zachary Vader, Ioannis H. Karampelas and Edward P. Furlani, Advances in Magnetohydrodynamic Liquid Metal Jet Printing, Nanotech 2016 Conference & Expo, May 22-25, Washington, DC.

26-16   Y.S. Lee and W. Zhang, Modeling of heat transfer, fluid flow and solidification microstructure of nickel-base superalloy fabricated by laser powder bed fusion, S2214-8604(16)30087-2, doi.org/10.1016/j.addma.2016.05.003, ADDMA 86.

123-15   Koji Tsukimoto, Masashi Kitamura, Shuji Tanigawa, Sachio Shimohata, and Masahiko Mega, Laser welding repair for single crystal blades, Proceedings of International Gas Turbine Congress, pp. 1354-1358, 2015.

122-15   Y.S. Lee, W. Zhang, Mesoscopic simulation of heat transfer and fluid flow in laser powder bed additive manufacturing, Proceedings, 26th Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, Texas, 2015. 

116-15   Yousub Lee, Simulation of Laser Additive Manufacturing and its Applications, Ph.D. Thesis: Graduate Program in Welding Engineering, The Ohio State University, 2015, Copyright by Yousub Lee 2015

103-15   Ligang Wu, Jason Cheon, Degala Venkata Kiran, and Suck-Joo Na, CFD Simulations of GMA Welding of Horizontal Fillet Joints based on Coordinate Rotation of Arc Models, Journal of Materials Processing Technology, Available online December 29, 2015

96-15   Jason Cheon, Degala Venkata Kiran, and Suck-Joo Na, Thermal metallurgical analysis of GMA welded AH36 steel using CFD – FEM framework, Materials & Design, Volume 91, February 5 2016, Pages 230-241, published online November 2015

86-15   Yousub Lee and Dave F. Farson, Simulation of transport phenomena and melt pool shape for multiple layer additive manufacturing, J. Laser Appl. 28, 012006 (2016). doi: 10.2351/1.4935711, published online 2015.

63-15   Scott Vader, Zachary Vader, Ioannis H. Karampelas and Edward P. Furlani, Magnetohydrodynamic Liquid Metal Jet Printing, TechConnect World Innovation Conference & Expo, Washington, D.C., June 14-17, 2015

46-15   Adwaith Gupta, 3D Printing Multi-Material, Single Printhead Simulation, Advanced Qualification of Additive Manufacturing Materials Workshop, July 20 – 21, 2015, Santa Fe, NM

25-15   Dae-Won Cho and Suck-Joo Na, Molten pool behaviors for second pass V-groove GMAW, International Journal of Heat and Mass Transfer 88 (2015) 945–956.

21-15   Jungho Cho, Dave F. Farson, Kendall J. Hollis and John O. Milewski, Numerical analysis of weld pool oscillation in laser welding, Journal of Mechanical Science and Technology 29 (4) (2015) 1715~1722, www.springerlink.com/content/1738-494x, doi.org/10.1007/s12206-015-0344-2.

82-14  Yousub Lee, Mark Nordin, Sudarsanam Suresh Babu, and Dave F. Farson, Effect of Fluid Convection on Dendrite Arm Spacing in Laser Deposition, Metallurgical and Materials Transactions B, August 2014, Volume 45, Issue 4, pp 1520-1529

59-14   Y.S. Lee, M. Nordin, S.S. Babu, and D.F. Farson, Influence of Fluid Convection on Weld Pool Formation in Laser Cladding, Welding Research/ August 2014, VOL. 93

18-14  L.J. Zhang, J.X. Zhang, A. Gumenyuk, M. Rethmeier, and S.J. Na, Numerical simulation of full penetration laser welding of thick steel plate with high power high brightness laser, Journal of Materials Processing Technology (2014), doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.03.016.

36-13  Dae-Won Cho,Woo-Hyun Song, Min-Hyun Cho, and Suck-Joo Na, Analysis of Submerged Arc Welding Process by Three-Dimensional Computational Fluid Dynamics Simulations, Journal of Materials Processing Technology, 2013. doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.06.017

12-13 D.W. Cho, S.J. Na, M.H. Cho, J.S. Lee, A study on V-groove GMAW for various welding positions, Journal of Materials Processing Technology, April 2013, doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.02.015.

01-13  Dae-Won Cho & Suck-Joo Na & Min-Hyun Cho & Jong-Sub Lee, Simulations of weld pool dynamics in V-groove GTA and GMA welding, Weld World, doi.org/10.1007/s40194-012-0017-z, © International Institute of Welding 2013.

63-12  D.W. Cho, S.H. Lee, S.J. Na, Characterization of welding arc and weld pool formation in vacuum gas hollow tungsten arc welding, Journal of Materials Processing Technology, doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2012.09.024, September 2012.

77-10  Lim, Y. C.; Yu, X.; Cho, J. H.; et al., Effect of magnetic stirring on grain structure refinement Part 1-Autogenous nickel alloy welds, Science and Technology of Welding and Joining, Volume: 15 Issue: 7, Pages: 583-589, doi.org/10.1179/136217110X12720264008277, October 2010

18-10 K Saida, H Ohnishi, K Nishimoto, Fluxless laser brazing of aluminium alloy to galvanized steel using a tandem beam–dissimilar laser brazing of aluminium alloy and steels, Welding International, 2010

58-09  Cho, Jung-Ho; Farson, Dave F.; Milewski, John O.; et al., Weld pool flows during initial stages of keyhole formation in laser welding, Journal of Physics D-Applied Physics, Volume: 42 Issue: 17 Article Number: 175502 ; doi.org/10.1088/0022-3727/42/17/175502, September 2009

57-09  Lim, Y. C.; Farson, D. F.; Cho, M. H.; et al., Stationary GMAW-P weld metal deposit spreading, Science and Technology of Welding and Joining, Volume: 14 Issue: 7 ;Pages: 626-635, doi.org/10.1179/136217109X441173, October 2009

1-09 J.-H. Cho and S.-J. Na, Three-Dimensional Analysis of Molten Pool in GMA-Laser Hybrid Welding, Welding Journal, February 2009, Vol. 88

52-07   Huey-Jiuan Lin and Wei-Kuo Chang, Design of a sheet forming apparatus for overflow fusion process by numerical simulation, Journal of Non-Crystalline Solids 353 (2007) 2817–2825.

50-07  Cho, Min Hyun; Farson, Dave F., Understanding bead hump formation in gas metal arc welding using a numerical simulation, Metallurgical and Mateials Transactions B-Process Metallurgy and Materials Processing Science, Volume: 38, Issue: 2, Pages: 305-319, doi.org/10.1007/s11663-007-9034-5, April 2007

49-07  Cho, M. H.; Farson, D. F., Simulation study of a hybrid process for the prevention of weld bead hump formation, Welding Journal Volume: 86, Issue: 9, Pages: 253S-262S, September 2007

48-07  Cho, M. H.; Farson, D. F.; Lim, Y. C.; et al., Hybrid laser/arc welding process for controlling bead profile, Science and Technology of Welding and Joining, Volume: 12 Issue: 8, Pages: 677-688, doi.org/10.1179/174329307X236878, November 2007

47-07   Min Hyun Cho, Dave F. Farson, Understanding Bead Hump Formation in Gas Metal Arc Welding Using a Numerical Simulation, Metallurgical and Materials Transactions B, Volume 38, Issue 2, pp 305-319, April 2007

36-06  Cho, M. H.; Lim, Y. C.; Farson, D. F., Simulation of weld pool dynamics in the stationary pulsed gas metal arc welding process and final weld shape, Welding Journal, Volume: 85 Issue: 12, Pages: 271S-283S, December 2006