Dankon pro via vizito al Nature.com. La retumilversio, kiun vi uzas, havas limigitan subtenon por CSS. Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu kongruecan reĝimon en Internet Explorer). Dume, por certigi daŭran subtenon, ni montros la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Nova mekanismo bazita sur selektiva lasera fandado por kontroli la mikrostrukturon de produktoj en la fabrikada procezo estas proponita. La mekanismo dependas de la generado de alt-intensaj ultrasonaj ondoj en la fandita naĝejo per kompleksa intensec-modulita lasera surradiado. Eksperimentaj studoj kaj nombraj simuladoj montras, ke ĉi tiu kontrolmekanismo estas teknike farebla kaj povas esti efike integrita en la dezajnon de modernaj selektivaj laseraj fandmaŝinoj.
Aldona fabrikado (AM) de kompleksformaj partoj kreskis signife en la lastaj jardekoj. Tamen, malgraŭ la diverseco de aldonaj fabrikadaj procezoj, inkluzive de selektiva lasera fandado (SLM)1,2,3, rekta lasera metaldemetado4,5,6, elektronfaska fandado7,8 kaj aliaj9,10, la partoj povas esti difektaj. Ĉi tio estas ĉefe pro la specifaj karakterizaĵoj de la fandita naĝejo-solidiĝoprocezo asociita kun altaj termikaj gradientoj, altaj malvarmiĝrapidecoj, kaj la komplekseco de varmigcikloj en fandado kaj refandado de la materialo11, kiuj kondukas al epitaksa grenokresko kaj signifa poreco.12,13 montris, ke necesas kontroli termikajn gradientojn, malvarmiĝrapidecojn kaj alojkonsiston, aŭ apliki pliajn fizikajn ŝokojn per eksteraj kampoj kun diversaj ecoj, kiel ekzemple ultrasono, por atingi fajnajn egalaksajn grenostrukturojn.
Multnombraj publikaĵoj temas pri la efiko de vibrada traktado sur la solidiĝprocezon en konvenciaj fandadprocezoj14,15. Tamen, apliki eksteran kampon al fanditaĵo ne produktas la deziratan materialan mikrostrukturon. Se la volumeno de la likva fazo estas malgranda, la situacio ŝanĝiĝas draste. En ĉi tiu kazo, la ekstera kampo signife influas la solidiĝprocezon. Intensaj sonkampoj16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, arka kirlado28 kaj oscilado29, elektromagnetaj efikoj dum pulsaj plasmarkoj30,31 kaj aliaj metodoj32 estis konsiderataj. Alkroĉu al la substrato uzante eksteran alt-intensecan ultrasonan fonton (je 20 kHz). La ultrason-induktita grena rafinado estas atribuita al la pliigita konstitua submalvarmiga zono pro la reduktita temperaturgradiento kaj ultrasona plifortigo por generi novajn kristalojn per kavitacio.
En ĉi tiu laboro, ni esploris la eblecon ŝanĝi la grenstrukturon de aŭstenitaj rustorezistaj ŝtaloj per sonigado de la fandita naĝejo per sonondoj generitaj de la fandanta lasero mem. La intenseca modulado de la lasera radiado incidanta sur la lum-absorban medion rezultas en la generado de ultrasonaj ondoj, kiuj ŝanĝas la mikrostrukturon de la materialo. Ĉi tiu intenseca modulado de lasera radiado povas esti facile integrita en ekzistantajn SLM 3D-printilojn. La eksperimentoj en ĉi tiu laboro estis faritaj sur rustorezistaj ŝtalaj platoj, kies surfacoj estis eksponitaj al intensec-modulita lasera radiado. Do, teknike, lasera surfactraktado estas farita. Tamen, se tia lasera traktado estas farita sur la surfaco de ĉiu tavolo, dum tavolo-post-tavola amasiĝo, efikoj sur la tuta volumeno aŭ sur elektitaj partoj de la volumeno estas atingitaj. Alivorte, se la parto estas konstruita tavolo-post-tavolo, la lasera surfactraktado de ĉiu tavolo estas ekvivalenta al "lasera volumena traktado".
Dum en ultrasona korno-bazita ultrasona terapio, la ultrasona energio de la staranta sonondo estas distribuita tra la komponanto, dum la laser-induktita ultrasona intenseco estas tre koncentrita proksime al la punkto kie la lasera radiado estas absorbita. Uzi sonotrodon en SLM-pulvorlita fuzia maŝino estas komplika ĉar la supra surfaco de la pulvorlito eksponita al la lasera radiado devas resti senmova. Krome, ne ekzistas mekanika streĉo sur la supra surfaco de la parto. Tial, la akustika streĉo estas proksima al nulo kaj la partikla rapido havas maksimuman amplitudon super la tuta supra surfaco de la parto. La sonpremo ene de la tuta fandita naĝejo ne povas superi 0.1% de la maksimuma premo generita de la veldkapo, ĉar la ondolongo de ultrasonaj ondoj kun frekvenco de 20 kHz en rustorezista ŝtalo estas \(\sim 0.3~\text {m}\), kaj la profundo estas kutime malpli ol \(\sim 0.3~\text {mm}\). Tial, la efiko de ultrasono sur kavitacion povas esti malgranda.
Notindas, ke la uzo de intensec-modulita lasera radiado en rekta lasera metaldemetado estas aktiva esplora areo35,36,37,38.
La termikaj efikoj de lasera radiado eniranta la medion estas la bazo por preskaŭ ĉiuj laseraj teknikoj por materialprilaborado 39, 40, kiel ekzemple tranĉado 41, veldado, hardado, borado 42, surfacpurigado, surfacalojado, surfaca polurado 43, ktp., kaj resumitaj preparaj rezultoj estas prezentitaj en multaj recenzoj kaj monografioj 44, 45, 46.
Notindas, ke ĉiu nestacionara ago sur la medio, inkluzive de lasera ago sur la absorba medio, rezultas en la ekscito de akustikaj ondoj en ĝi kun pli-malpli da efikeco. Komence, la ĉefa fokuso estis sur la lasera ekscito de ondoj en likvaĵoj kaj la diversaj termikaj ekscitaj mekanismoj de sono (termika ekspansio, vaporiĝo, volumenoŝanĝo dum faztransiro, kuntiriĝo, ktp.) 47, 48, 49. Multnombraj monografioj 50, 51, 52 provizas teoriajn analizojn de ĉi tiu procezo kaj ĝiaj eblaj praktikaj aplikoj.
Tiuj ĉi temoj estis poste diskutitaj ĉe diversaj konferencoj, kaj lasera ekscito de ultrasono havas aplikojn kaj en industriaj aplikoj de laserteknologio53 kaj en medicino54. Tial, oni povas konsideri, ke la baza koncepto de la procezo, per kiu pulsa lasera lumo agas sur absorban medion, estas establita. Lasera ultrasona inspektado estas uzata por difektodetekto de SLM-fabrikitaj specimenoj55,56.
La efiko de laser-generitaj ŝokondoj sur materialojn estas la bazo de lasera ŝok-malordo57,58,59, kiu ankaŭ estas uzata por la surfaca traktado de aldone fabrikitaj partoj60. Tamen, lasera ŝok-fortigo estas plej efika sur nanosekundaj laserpulsoj kaj meĥanike ŝarĝitaj surfacoj (ekz., per tavolo de likvaĵo)59 ĉar mekanika ŝarĝo pliigas la pintan premon.
Eksperimentoj estis faritaj por esplori la eblajn efikojn de diversaj fizikaj kampoj sur la mikrostrukturon de solidigitaj materialoj. La funkcia diagramo de la eksperimenta aranĝo estas montrita en Figuro 1. Pulsita Nd:YAG solidstata lasero funkcianta en libera funkciado (pulsdaŭro ∫_L 150~µs) estis uzata. Ĉiu lasera pulso estas pasigita tra serio de neŭtralaj densecaj filtriloj kaj radiodividila platsistemo. Depende de la kombinaĵo de neŭtralaj densecaj filtriloj, la pulsa energio sur la celo varias de ∫_L 20~mJ ĝis ∫_L 100~mJ. La lasera radio reflektita de la radiodividilo estas kondukita al fotodiodo por samtempa datenakiro, kaj du kalorimetroj (fotodiodoj kun longa respondotempo superanta 1~ms) estas uzataj por determini la incidentan al kaj reflektitan de la celo, kaj du potencmezuriloj (fotodiodoj kun mallonga respondo) estas uzataj por determini la incidentan al kaj reflektitan de la celo, kaj du potencmezuriloj (fotodiodoj kun mallonga respondo). fojojn\(<10~\text {ns}\)) por determini incidentan kaj reflektitan optikan potencon. Kalorimetroj kaj potencmezuriloj estis kalibritaj por doni valorojn en absolutaj unuoj uzante termopilan detektilon Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 kaj dielektrikan spegulon muntitan ĉe la specimena loko. Fokusu la radion sur la celon uzante lenson (kontraŭreflekta tegaĵo je \(1.06 \upmu \text {m}\), fokusa distanco \(160~\text {mm}\)) kaj radiozonon ĉe la cela surfaco 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Funkcia skemo de la eksperimenta aranĝo: 1—lasero; 2—lasera radio; 3—neŭtrala denseca filtrilo; 4—sinkronigita fotodiodo; 5—radiodividilo; 6—diafragmo; 7—kalorimetro de incida radio; 8–kalorimetro de reflektita radio; 9–mezurilo de potenco de incida radio; 10–mezurilo de potenco de reflektita radio; 11–fokusa lenso; 12–spegulo; 13–provaĵo; 14–larĝbenda piezoelektra transduktilo; 15–2D-konvertilo; 16–pozicia mikroregilo; 17–sinkroniga unuo; 18–plurkanala cifereca akira sistemo kun diversaj provaĵaj indicoj; 19–persona komputilo.
Ultrasona traktado estas efektivigata jene. La lasero funkcias en libera funkciado; tial la daŭro de la lasera pulso estas \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), kiu konsistas el pluraj daŭroj de proksimume \(1.5~\upmu \text {s} \) ĉiu. La tempa formo de la lasera pulso kaj ĝia spektro konsistas el malaltfrekvenca koverto kaj altfrekvenca modulado, kun averaĝa frekvenco de proksimume \(0.7~\text {MHz}\), kiel montrite en Figuro 2. - La frekvenca koverto provizas la varmigon kaj postan fandadon kaj vaporiĝon de la materialo, dum la altfrekvenca komponanto provizas la ultrasonajn vibrojn pro la fotoakustika efiko. La ondformo de la ultrasona pulso generita de la lasero estas ĉefe determinita de la tempa formo de la intenseco de la lasera pulso. Ĝi estas de 7~kHz ĝis 2~MHz, kaj la centra frekvenco estas 0,7~MHz. Akustikaj pulsoj pro la fotoakustika efiko estis registritaj uzante larĝbendajn piezoelektrajn transduktilojn faritajn el polivinilidenfluoridaj filmoj. La registrita ondformo kaj ĝia spektro estas montritaj en Figuro 2. Notindas, ke la formo de la laseraj pulsoj estas tipa por libere funkcianta lasero.
Tempa distribuo de laserpulsa intenseco (a) kaj sonrapideco (b) sur la malantaŭa surfaco de la specimeno, la spektroj (blua kurbo) de unuopa laserpulso (c) kaj ultrasonpulso (d) averaĝitaj super 300 laserpulsoj (ruĝa kurbo).
Ni povas klare distingi la malaltfrekvencajn kaj altfrekvencajn komponantojn de la akustika traktado, kiuj respondas respektive al la malaltfrekvenca koverto de la lasera pulso kaj la altfrekvenca modulado. La ondolongoj de la akustikaj ondoj generitaj de la lasera pulsa koverto superas \(40~\text {cm}\); tial, oni atendas la ĉefan efikon de la larĝbendaj altfrekvencaj komponantoj de la akustika signalo sur la mikrostrukturon.
La fizikaj procezoj en SLM estas kompleksaj kaj okazas samtempe sur malsamaj spacaj kaj tempaj skaloj. Tial, plurskalaj metodoj estas plej taŭgaj por teoria analizo de SLM. Matematikaj modeloj komence devus esti plurfizikaj. La mekaniko kaj termofiziko de plurfaza medio "solid-likva fandita" interaganta kun inerta gasa atmosfero povas tiam esti efike priskribitaj. La karakterizaĵoj de materialaj termikaj ŝarĝoj en SLM estas jenaj.
Hejtigaj kaj malvarmigaj rapidoj ĝis \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ pro lokigita lasera surradiado kun potencaj densecoj ĝis \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
La fand-solidiĝociklo daŭras inter 1 kaj \(10~\text {ms}\), kio kontribuas al la rapida solidiĝo de la fandzono dum malvarmiĝo.
Rapida varmigo de la provaĵa surfaco rezultigas la formadon de altaj termoelastaj streĉoj en la surfaca tavolo. Sufiĉa (ĝis 20%) parto de la pulvora tavolo estas forte vaporigita63, kio rezultigas plian premŝarĝon sur la surfaco kiel respondo al laserablacio. Sekve, la induktita streĉo signife distordas la partgeometrion, precipe proksime de subtenoj kaj maldikaj strukturaj elementoj. La alta varmiga rapideco en pulsa lasera kalcinado rezultigas la generadon de ultrasonaj streĉondoj, kiuj disvastiĝas de la surfaco al la substrato. Por akiri precizajn kvantajn datumojn pri la loka streĉo kaj streĉodistribuo, oni faras mezoskopan simuladon de la problemo de elasta deformado ligita al varmo- kaj mastransdono.
La regantaj ekvacioj de la modelo inkluzivas (1) nestatorajn varmotransigajn ekvaciojn, kie varmokondukteco dependas de faza stato (pulvoro, fandita materialo, polikristala) kaj temperaturo, (2) fluktuojn en elasta deformado post kontinua ablacio kaj termoelasta ekspansia ekvacio. La problemo pri randvaloroj estas determinita per eksperimentaj kondiĉoj. La modulita lasera fluo estas difinita sur la specimena surfaco. Konvekta malvarmigo inkluzivas konduktan varmointerŝanĝon kaj vaporiĝan fluon. La masa fluo estas difinita surbaze de la kalkulo de la saturita vaporpremo de la vaporiĝanta materialo. La elastoplasta streĉo-deforma rilato estas uzata, kie la termoelasta streĉo estas proporcia al la temperaturdiferenco. Por nominala potenco \(300~\text {W}\), frekvenco \(10^5~\text {Hz}\), intermita koeficiento 100 kaj \(200~\upmu \text {m}\) de la efika traba diametro.
Figuro 3 montras la rezultojn de numera simulado de la fandita zono uzante makroskopan matematikan modelon. La diametro de la fuzia zono estas (200~\upmu \text {m}) (radiuso de (100~\upmu \text {m})) kaj profundo de (40~\upmu \text {m}). La simuladrezultoj montras, ke la surfaca temperaturo varias loke laŭlonge de la tempo je (100~\text {K}) pro la alta intermita faktoro de la pulsa modulado. La hejtigaj (V_h) kaj malvarmigaj (V_c) rapidoj estas en la ordo de (10^7) kaj (10^6~\text {K}/\text {s}), respektive. Ĉi tiuj valoroj bone kongruas kun nia antaŭa analizo64. Grandorda diferenco inter (V_h) kaj (V_c) rezultigas rapidan trovarmiĝon de la surfaca tavolo, kie termika konduktado al la substrato ne sufiĉas por forigi la varmon. Tial, ĉe (t=26~\upmu) {s}\) la surfaca temperaturo atingas pinton de \(4800~\text {K}\). Forta vaporiĝo de la materialo povas kaŭzi, ke la specimena surfaco estu submetita al troa premo kaj senŝeliĝo.
Rezultoj de numera simulado de fandzono de unuopa lasera pulsa kalcinado sur 316L-prova plato. La tempo de la komenco de la pulso ĝis la profundo de la fandita naĝejo atinganta la maksimuman valoron estas \(180~\upmu\text {s}\). La izotermo \(T = T_L = 1723~\text {K}\) reprezentas la limon inter la likvaj kaj solidaj fazoj. La izobaroj (flavaj linioj) respondas al la streĉlimo kalkulita kiel funkcio de temperaturo en la sekva sekcio. Tial, en la domajno inter la du izolinioj (izotermoj \(T=T_L\) kaj izobaroj \(\sigma =\sigma _V(T)\)), la solida fazo estas submetita al fortaj mekanikaj ŝarĝoj, kiuj povas konduki al ŝanĝoj en la mikrostrukturo.
Ĉi tiu efiko estas plue klarigita en Figuro 4a, kie la premnivelo en la fandita zono estas grafike prezentita kiel funkcio de tempo kaj distanco de la surfaco. Unue, la premkonduto rilatas al la modulado de la laserpulsintenseco priskribita en Figuro 2 supre. Maksimuma premo s de ĉirkaŭ 10 MPa estis observita je ĉirkaŭ t=26 µm. Due, la fluktuo de la loka premo ĉe la kontrolpunkto havas la samajn oscilajn karakterizaĵojn kiel la frekvenco de 500 kHz. Ĉi tio signifas, ke ultrasonaj premondoj estas generitaj ĉe la surfaco kaj poste disvastiĝas en la substraton.
La kalkulitaj karakterizaĵoj de la deformada zono proksime al la fandzono estas montritaj en Fig. 4b. Lasera ablacio kaj termoelasta streĉo generas elastajn deformadajn ondojn, kiuj disvastiĝas en la substraton. Kiel videblas el la figuro, ekzistas du stadioj de streĉa generado. Dum la unua fazo de (t < 40~\upmu \text {s}\), la Mises-streĉo altiĝas al (8~\text {MPa}\) kun modulado simila al la surfaca premo. Ĉi tiu streĉo okazas pro lasera ablacio, kaj neniu termoelasta streĉo estis observita en la kontrolpunktoj, ĉar la komenca varmo-trafita zono estis tro malgranda. Kiam varmo estas disipita en la substraton, la kontrolpunkto generas altan termoelastan streĉon super (40~\text {MPa}\).
La akiritaj modulitaj streĉniveloj havas signifan efikon sur la solid-likva interfaco kaj povas esti la stirmekanismo reganta la solidiĝan vojon. La grandeco de la deformada zono estas 2 ĝis 3 fojojn pli granda ol tiu de la fanda zono. Kiel montrite en Figuro 3, la loko de la fanda izotermo kaj la streĉnivelo egala al la limstreĉo estas komparitaj. Ĉi tio signifas, ke la pulsa lasera surradiado provizas altajn mekanikajn ŝarĝojn en lokaj areoj kun efika diametro inter 300 kaj \(800~\upmu \text {m}\) depende de la tuja tempo.
Tial, la kompleksa modulado de la pulsa lasera kalcinado kondukas al la ultrasona efiko. La mikrostruktura elekto-pado estas malsama kompare kun la SLM sen ultrasona ŝarĝo. Misformitaj malstabilaj regionoj kondukas al periodaj cikloj de kunpremo kaj streĉado en la solida fazo. Tiel, la formado de novaj grenlimoj kaj subgrenlimoj fariĝas ebla. Tial, la mikrostrukturaj ecoj povas esti intence ŝanĝitaj, kiel montrite sube. La akiritaj konkludoj provizas la eblecon desegni pulsmodulad-induktitan ultrason-movitan SLM-prototipon. En ĉi tiu kazo, la piezoelektra induktilo 26 uzita aliloke povas esti ekskludita.
(a) Premo kiel funkcio de tempo, kalkulita je malsamaj distancoj de la surfaco 0, 20 kaj \(40~\upmu \text {m}\) laŭ la simetria akso. (b) Tempodependa streĉo de Von Mises kalkulita en solida matrico je distancoj 70, 120 kaj \(170~\upmu \text {m}\) de la specimena surfaco.
Eksperimentoj estis faritaj sur platoj el neoksidebla ŝtalo AISI 321H kun dimensioj \(20 × 20 × 5 ~ mm \). Post ĉiu lasera pulso, la plato moviĝas \(50 ~ m \), kaj la lasera radio-zono sur la cela surfaco estas ĉirkaŭ \(100 ~ m \). Ĝis kvin postaj radio-pasoj estas faritaj laŭ la sama trako por indukti refandon de la prilaborita materialo por gren-rafinado. En ĉiuj kazoj, la refandita zono estis sonikita, depende de la oscila komponanto de la lasera radiado. Ĉi tio rezultigas pli ol 5-oblan redukton de la averaĝa grenareo. Figuro 5 montras kiel la mikrostrukturo de la laser-fandita regiono ŝanĝiĝas kun la nombro da postaj refandaj cikloj (pasoj).
Subdiagramoj (a, d, g, j) kaj (b, e, h, k) - mikrostrukturo de laser-fanditaj regionoj, subdiagramoj (c, f, i, l) - areodistribuo de koloraj grajnoj. Ombrado reprezentas la partiklojn uzitajn por kalkuli la histogramon. Koloroj respondas al grajnaj regionoj (vidu la kolorstrion ĉe la supro de la histogramo). Subdiagramoj (ac) respondas al netraktita rustorezista ŝtalo, kaj subdiagramoj (df), (gi), (jl) respondas al 1, 3 kaj 5 refandaĵoj.
Ĉar la lasera pulsa energio ne ŝanĝiĝas inter postaj trairoj, la profundo de la fandita zono estas la sama. Tiel, la posta kanalo tute "kovras" la antaŭan. Tamen, la histogramo montras, ke la meza kaj mediana grena areo malpliiĝas kun kreskanta nombro da trairoj. Tio povas indiki, ke la lasero agas sur la substraton prefere ol sur la fandita materialo.
Grenrafiniĝo povas esti kaŭzita de rapida malvarmiĝo de la fandita naĝejo65. Alia aro da eksperimentoj estis efektivigita, en kiuj la surfacoj de rustorezistaŝtalaj platoj (321H kaj 316L) estis eksponitaj al kontinua onda lasera radiado en atmosfero (Fig. 6) kaj vakuo (Fig. 7). La meza lasera potenco (300 W kaj 100 W, respektive) kaj la profundo de la fandita naĝejo estas proksimaj al la eksperimentaj rezultoj de la Nd:YAG-lasero en liberfunkcia reĝimo. Tamen, tipa koloneca strukturo estis observita.
Mikrostrukturo de la laser-fandita regiono de kontinua onda lasero (300 W konstanta potenco, 200 mm/s skanrapideco, AISI 321H rustorezista ŝtalo).
(a) Mikrostrukturo kaj (b) bildo de elektrona retrodisĵeta difrakto de la lasera fandzono de vakua kontinua onda lasero (konstanta potenco 100 W, skanadrapideco 200 mm/s, AISI 316L neoksidebla ŝtalo) \ (\sim 2~\text {mbar }\).
Tial, estas klare montrite, ke la kompleksa modulado de la intenseco de la lasera pulsado havas signifan efikon sur la rezultan mikrostrukturon. Ni kredas, ke ĉi tiu efiko estas mekanika laŭ naturo kaj okazas pro la generado de ultrasonaj vibroj, kiuj disvastiĝas de la surradiita surfaco de la fandita materialo profunde en la specimenon. Similaj rezultoj estis akiritaj en 13, 26, 34, 66, 67 uzante eksterajn piezoelektrajn transduktilojn kaj sonotrodojn, kiuj provizas alt-intensan ultrasonon en diversaj materialoj, inkluzive de Ti-6Al-4V-alojo 26 kaj rustorezista ŝtalo 34, rezulte de. La ebla mekanismo estas konjektita jene. Intensa ultrasono povas kaŭzi akustikan kavitacion, kiel montrite en ultrarapida surloka sinkrotrona rentgen-bildigo. La kolapso de la kavitaciaj vezikoj siavice generas ŝokondojn en la fandita materialo, kies fronta premo atingas ĉirkaŭ \(100~\text {MPa}\)69. Tiaj ŝokondoj povas esti sufiĉe fortaj por antaŭenigi la formadon de kritikaj grandaj solidfazaj nukleoj en amasaj likvaĵoj, interrompante la tipan kolonecan grenstrukturon de tavol-post-tavola aldona fabrikado.
Ĉi tie, ni proponas alian mekanismon respondecan pri struktura modifo per intensa sonikado. La materialo tuj post solidiĝo estas je alta temperaturo proksima al la fandopunkto kaj havas ekstreme malaltan limstreĉon. Intensaj ultrasonaj ondoj povas kaŭzi, ke plasta fluo ŝanĝu la grenstrukturon de la varma materialo ĵus solidiĝinta. Tamen, fidindaj eksperimentaj datumoj pri la temperaturdependeco de limstreĉo estas haveblaj ĉe \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (vidu Figuron 8). Tial, por testi la hipotezon, ni plenumis molekuldinamikajn (MD) simuladojn de Fe-Cr-Ni-konsisto simila al AISI 316 L-ŝtalo por taksi la limstreĉan konduton proksime al la fandopunkto. Por kalkuli la limstreĉon, ni uzis la MD-ŝerstreĉan malstreĉiĝan teknikon detaligitan en 70, 71, 72, 73. Por la interatomaj interagaj kalkuloj, ni uzis la Enkonstruitan Atoman Modelon (EAM) el 74. MD-simuladoj estis plenumitaj uzante LAMMPS-kodojn 75,76. Detaloj pri la MD-simulado estos publikigitaj aliloke. La MD-kalkulaj rezultoj de limstreĉo kiel funkcio de temperaturo estas montritaj en Fig. 8 kune kun haveblaj eksperimentaj datumoj kaj aliaj taksadoj77,78,79,80,81,82.
Limstreĉo por aŭstenita rustorezista ŝtalo AISI grado 316 kaj modela konsisto kontraŭ temperaturo por MD-simuladoj. Eksperimentaj mezuradoj el referencoj: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. vidu. (f)82 estas empiria modelo de limstreĉo-temperatura dependeco por enlinia streĉmezurado dum laser-helpata aldona fabrikado. La grandskalaj MD-simuladaj rezultoj en ĉi tiu studo estas indikitaj kiel \(\vartriangleleft\) por sendifekta senfina unuopa kristalo kaj \(\vartriangleright\) por finhavaj grajnoj konsiderante la mezan grajngrandecon per la rilato de Hall-Petch. Dimensioj\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Videblas, ke ĉe ∫(T>1500~\text {K}\) la streĉlimo falas sub ∫(40~\text {MPa}\). Aliflanke, taksoj antaŭdiras, ke la laser-generita ultrasona amplitudo superas ∫(40~\text {MPa}\) (vidu Fig. 4b), kio sufiĉas por indukti plastan fluon en la varma materialo ĵus solidiĝinta.
La mikrostruktura formado de 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) aŭstenita rustorezista ŝtalo dum SLM estis eksperimente esplorita uzante kompleksan intensec-modulitan pulsan laserfonton.
Redukto de grenograndeco en la lasera fandzono estis trovita pro kontinua lasera refandado post 1, 3 aŭ 5 pasoj.
Makroskopa modelado montras, ke la taksita grandeco de la regiono, kie ultrasona deformado povas pozitive influi la solidiĝan fronton, estas ĝis \(1~\text {mm}\).
La mikroskopa MD-modelo montras, ke la streĉlimo de AISI 316 aŭstenita neoksidebla ŝtalo estas signife reduktita al \(40~\text {MPa}\) proksime de la fandopunkto.
La akiritaj rezultoj sugestas metodon por kontroli la mikrostrukturon de materialoj uzante kompleksan modulitan laseran prilaboradon kaj povus servi kiel bazo por krei novajn modifojn de la pulsa SLM-tekniko.
Liu, Y. et al. Mikrostruktura evoluo kaj mekanikaj ecoj de surlokaj TiB2/AlSi10Mg kompozitoj per lasera selektema fandado [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Rekristaliĝa grenlima inĝenierarto de lasera selektema fandado de 316L neoksidebla ŝtalo [J]. Journal of Alma Mater. 200, 366–377. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. En situ disvolviĝo de sandviĉaj mikrostrukturoj kun plibonigita duktileco per lasera revarmigado de laser-fanditaj titanaj alojoj.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Aldona fabrikado de Ti-6Al-4V-partoj per lasera metaldemetado (LMD): procezo, mikrostrukturo kaj mekanikaj ecoj. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Mikrostruktura modelado de lasera metalpulvora direktita energia deponado de Alojo 718. Aldoni al fabrikado 25, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al. Parametrika Neŭtrona Bragg Randa Bildiga Studo de Aldone Fabrikita Specimenoj Traktitaj per Lasera Ŝok-Graŭbado.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Gradienta mikrostrukturo kaj mekanikaj ecoj de Ti-6Al-4V aldone fabrikita per elektronfaska fandado. Alma Mater Journal. 97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).