Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá tacaíocht theoranta do CSS sa leagan brabhsálaí atá in úsáid agat. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó mód comhoiriúnachta a mhúchadh in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, taispeánfaimid an suíomh gan stíliú ná JavaScript.
Moltar meicníocht nua bunaithe ar leá léasair roghnach chun micreastruchtúr táirgí sa phróiseas monaraíochta a rialú. Braitheann an mheicníocht ar thonnta ultrasonaic ard-déine a ghiniúint sa linn leáite trí radaíocht léasair casta modhnaithe déine. Léiríonn staidéir thurgnamhacha agus insamhaltaí uimhriúla go bhfuil an mheicníocht rialaithe seo indéanta go teicniúil agus gur féidir í a chomhtháthú go héifeachtach i ndearadh meaisíní leá léasair roghnacha nua-aimseartha.
Tá fás suntasach tagtha ar mhonarú breiseán (AM) páirteanna casta-chruthacha le blianta beaga anuas. Mar sin féin, in ainneoin na próiseas monaraíochta breiseán éagsúla, lena n-áirítear leá léasair roghnach (SLM)1,2,3, taisceadh miotail léasair díreach4,5,6, leá bhíoma leictreon7,8 agus eile9,10, d'fhéadfadh lochtanna a bheith sna Páirteanna. Tá sé seo den chuid is mó mar gheall ar shaintréithe sonracha an phróisis sholadaithe linn leáite a bhaineann le grádáin theirmeacha arda, rátaí fuaraithe arda, agus castacht na dtimthriallta téimh in ábhair leá agus athleá11, rud a fhágann fás gráin eipitacsach agus tréscaoilteacht shuntasach12,13. Léiríonn na torthaí go bhfuil sé riachtanach grádáin theirmeacha, rátaí fuaraithe, agus comhdhéanamh cóimhiotail a rialú, nó turraingí fisiceacha breise a chur i bhfeidhm trí réimsí seachtracha d'airíonna éagsúla (m.sh., ultrafhuaime) chun struchtúir ghráin chomhionanna mín a bhaint amach.
Tá go leor foilseachán ag plé le héifeacht na cóireála creatha ar an bpróiseas soladaithe i bpróisis réitigh thraidisiúnta14,15.Mar sin féin, ní tháirgeann réimse seachtrach a chur i bhfeidhm ar leá mórchóir an micreastruchtúr ábhair atá ag teastáil.Má tá toirt an chéime leachtaigh beag, athraíonn an scéal go mór.Sa chás seo, bíonn tionchar suntasach ag an réimse seachtrach ar an bpróiseas soladaithe.Tá éifeachtaí leictreamaighnéadacha curtha san áireamh le linn réimsí fuaimiúla dian16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, corraigh stua28 agus luaineacht29, stuaí plasma cuislithe30,31 agus modhanna eile32. Ceangail leis an tsubstráit ag baint úsáide as foinse ultrafhuaime ard-déine seachtrach (ag 20 kHz). Cuirtear an scagadh gráin spreagtha ag ultrafhuaim i leith an chrios fo-fhuaraithe comhdhéanamh méadaithe mar gheall ar an ngrádán teochta laghdaithe agus feabhsú ultrafhuaime chun criostailí nua a ghiniúint trí chuasú.
Sa saothar seo, rinneamar imscrúdú ar an bhféidearthacht struchtúr gráin cruach dhosmálta austeníteach a athrú tríd an linn leáite a shonacú le tonnta fuaime a ghineann an léasar leáite féin. Mar thoradh ar mhodhnú déine na radaíochta léasair a théann isteach ar an meán ionsúiteach solais, gintear tonnta ultrasonaic, a athraíonn micreastruchtúr an ábhair. Is féidir an modhnú déine seo ar radaíocht léasair a chomhtháthú go héasca i bprintéirí 3D SLM atá ann cheana féin. Rinneadh na turgnaimh san obair seo ar phlátaí cruach dhosmálta a raibh a ndromchlaí nochtaithe do radaíocht léasair mhodhnaithe déine. Mar sin, go teicniúil, déantar cóireáil dromchla léasair. Mar sin féin, má dhéantar cóireáil léasair den sórt sin ar dhromchla gach ciseal, le linn tógála ciseal ar chiseal, baintear amach éifeachtaí ar an toirt iomlán nó ar chodanna roghnaithe den toirt. I bhfocail eile, má thógtar an chuid ciseal ar chiseal, is ionann cóireáil dromchla léasair gach ciseal agus “cóireáil toirte léasair”.
I dteiripe ultrasonaic bunaithe ar adharc ultrasonaic, déantar fuinneamh ultrasonaic na tonn fuaime seasta a dháileadh ar fud an chomhpháirte, agus bíonn an déine ultrasonaic spreagtha ag léasar an-tiubhaithe in aice leis an bpointe ina n-ionsúnn an radaíocht léasair. Tá sé casta sonotrode a úsáid i meaisín comhleá leaba púdair SLM toisc gur cheart go bhfanfadh dromchla barr an leaba púdair atá nochtaithe don radaíocht léasair ina stad. Ina theannta sin, níl aon strus meicniúil ar dhromchla barr an pháirte. Dá bhrí sin, tá an strus fuaimiúil gar do náid agus tá aimplitiúid uasta ag luas na gcáithníní thar dhromchla barr iomlán an pháirte. Ní féidir leis an mbrú fuaime taobh istigh den linn leáite iomlán dul thar 0.1% den uasbhrú a ghineann an ceann táthúcháin, toisc go bhfuil tonnfhad na dtonnta ultrasonaic le minicíocht 20 kHz i cruach dhosmálta 0.3~m, agus is gnách go mbíonn an doimhneacht níos lú ná 0.3~mm. Dá bhrí sin, d'fhéadfadh éifeacht an ultrafhuaime ar chuibhiú a bheith beag.
Ba chóir a thabhairt faoi deara gur réimse taighde gníomhach é úsáid radaíochta léasair atá modhnaithe de réir déine i dtaisceadh miotail léasair díreach35,36,37,38.
Is é éifeacht theirmeach radaíochta léasair a théann i bhfeidhm ar an meán bunús beagnach gach teicníc léasair 39, 40 le haghaidh próiseála ábhar, amhail gearradh41, táthú, cruadú, druileáil42, glanadh dromchla, cóimhiotalú dromchla, snasú dromchla43, etc. Spreag aireagán an léasair forbairtí nua i dteicnící próiseála ábhar, agus tá achoimre déanta ar thorthaí réamhchéime i go leor athbhreithnithe agus monagraif44,45,46.
Ba chóir a thabhairt faoi deara go mbíonn spreagadh tonnta fuaimiúla ann mar thoradh ar aon ghníomh neamh-stáisiúnach ar an meán, lena n-áirítear gníomh léasair ar an meán ionsúiteach, le héifeachtúlacht níos mó nó níos lú. Ar dtús, díríodh go príomha ar spreagadh léasair tonnta i leachtanna agus ar na meicníochtaí spreagtha teirmeacha éagsúla fuaime (leathnú teirmeach, galú, athrú toirte le linn aistrithe céime, crapadh, srl.) 47, 48, 49. Soláthraíonn monagraif iomadúla 50, 51, 52 anailísí teoiriciúla ar an bpróiseas seo agus a fheidhmeanna praiticiúla féideartha.
Pléadh na saincheisteanna seo ina dhiaidh sin ag comhdhálacha éagsúla, agus tá feidhmeanna ag spreagadh léasair ultrafhuaime i bhfeidhmeanna tionsclaíocha teicneolaíochta léasair53 agus leighis54 araon. Dá bhrí sin, is féidir a mheas gur bunaíodh coincheap bunúsach an phróisis trína ngníomhaíonn solas léasair cuisleach ar mheán ionsúiteach. Úsáidtear cigireacht ultrasonaic léasair chun lochtanna a bhrath i samplaí a mhonaraítear le SLM55,56.
Is é éifeacht na dtonnta turrainge a ghintear le léasar ar ábhair bunús an fheannadh turrainge léasair57,58,59, a úsáidtear freisin le haghaidh cóireála dromchla páirteanna a mhonaraítear go breiseánach60. Mar sin féin, is éifeachtaí neartú turrainge léasair ar bhuillí léasair nanashoicind agus ar dhromchlaí atá luchtaithe go meicniúil (m.sh., le sraith leachta)59 toisc go méadaíonn luchtú meicniúil an brú buaic.
Rinneadh turgnaimh chun imscrúdú a dhéanamh ar na héifeachtaí féideartha a bhí ag réimsí fisiceacha éagsúla ar mhicreastruchtúr ábhar soladaithe. Taispeántar léaráid fheidhmiúil an tsocraithe turgnamhaí i bhFíor 1. Baineadh úsáid as léasar soladstaide Nd:YAG cuislithe ag feidhmiú i mód saor-reatha (fad cuisle 150~s). Cuirtear gach cuisle léasair trí shraith scagairí dlúis neodracha agus córas pláta scoilteora bhíoma. Ag brath ar an meascán de scagairí dlúis neodracha, athraíonn fuinneamh na cuisle ar an sprioc ó 20~mJ go 100~mJ. Beathaítear an bhíoma léasair a fhrithchaitear ón scoilteoir bhíoma chuig fótadhé-óid le haghaidh sonraí a fháil ag an am céanna, agus úsáidtear dhá chalraiméadar (fótadhé-óidí le ham freagartha fada a sháraíonn 1ms) chun an teagmhas chuig an sprioc agus a fhrithchaitear uaithi a chinneadh, agus dhá mhéadar cumhachta (fótadhé-óidí le freagairt ghearr). uair\(<10~\text {ns}\)) chun cumhacht optúil teagmhais agus frithchaite a chinneadh. Calabraíodh calraiméadair agus méadair chumhachta chun luachanna a thabhairt in aonaid absalóideacha ag baint úsáide as brathadóir teirmeacharn Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 agus scáthán tréleictreach suite ag suíomh an tsampla. Dírigh an bhíoma ar an sprioc ag baint úsáide as lionsa (sciath frith-fhrithchaiteach ag \(1.06 \upmu \text {m}\), fad fócasach \(160~\text {mm}\)) agus cóta bhíoma ag dromchla na sprice 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Léaráid scéimeach feidhmiúil den socrú turgnamhach: 1—léasar; 2—bhíoma léasair; 3—scagaire dlúis neodrach; 4—fótóid sioncrónaithe; 5—scoilteoir bhíoma; 6—diafragma; 7—calraiméadar an bhíoma teagmhais; 8—calraiméadar an bhíoma frithchaite; 9—méadar cumhachta an bhíoma teagmhais; 10—méadar cumhachta an bhíoma frithchaite; 11—lionsa fócais; 12—scáthán; 13—sampla; 14—traducer piezoelectric leathanbhanda; 15—tiontaire 2T; 16—micrea-rialaitheoir suímh; 17—aonad sioncrónaithe; 18—córas fála digiteach ilchainéil le rátaí samplála éagsúla; 19—ríomhaire pearsanta.
Déantar cóireáil ultrasonaic mar seo a leanas. Oibríonn an léasar i mód saor-reatha; dá bhrí sin is é fad na cuisle léasair ná 150 ~ s), arb é atá ann ná ilfhaid de thart ar 1.5 s an ceann. Is éard atá i gcruth ama na cuisle léasair agus a speictream ná clúdach íseal-mhinicíochta agus modhnú ard-mhinicíochta, le meánmhinicíocht de thart ar 0.7 MHz, mar a thaispeántar i bhFíor 2. Soláthraíonn an clúdach minicíochta an téamh agus an leá agus an galú ina dhiaidh sin den ábhar, agus soláthraíonn an chomhpháirt ard-mhinicíochta na creathadh ultrasonaic mar gheall ar an éifeacht fhóta-acústach. Is é cruth ama déine na cuisle léasair a chinneann tonnfhoirm na cuisle ultrasonaic a ghineann an léasar den chuid is mó. Tá sé ó 7 kHz go 2 MHz, agus is é 0.7 MHz an mhinicíocht lárnach. Taifeadadh bíoga fuaimiúla mar gheall ar an éifeacht fhóta-fuaimiúil ag baint úsáide as trasduchtóirí piezoelectric leathanbhanda déanta as scannáin fhluairíde polaivinilídéine. Taispeántar an tonnfhoirm taifeadta agus a speictream i bhFíor 2. Ba chóir a thabhairt faoi deara go bhfuil cruth na mbíoga léasair tipiciúil de léasar mód saor-reatha.
Dáileadh ama déine bíog léasair (a) agus luas fuaime ag dromchla cúil an tsampla (b), speictrim bíog léasair (c) agus bíog ultrasonaic (d) meánaithe os cionn 300 bíog léasair (cuar dearg) le haghaidh bíog léasair aonair (cuar gorm).
Is féidir linn idirdhealú soiléir a dhéanamh idir comhpháirteanna íseal-minicíochta agus ard-minicíochta na cóireála fuaimiúla a fhreagraíonn don imchlúdach íseal-minicíochta den chuisle léasair agus don mhodhnú ard-minicíochta, faoi seach. Sáraíonn tonnfhaid na dtonnta fuaimiúla a ghintear ag imchlúdach na chuisle léasair \(40~\text {cm}\); dá bhrí sin, táthar ag súil leis an bpríomhthionchar a bheidh ag comhpháirteanna ard-minicíochta leathanbhanda an chomhartha fuaimiúil ar an micreastruchtúr.
Tá na próisis fhisiceacha i SLM casta agus tarlaíonn siad ag an am céanna ar scálaí spásúla agus ama éagsúla. Dá bhrí sin, is iad modhanna il-scála is oiriúnaí le haghaidh anailís theoiriciúil ar SLM. Ba chóir go mbeadh samhlacha matamaiticiúla ilfhisiceach ar dtús. Ansin, is féidir cur síos éifeachtach a dhéanamh ar mheicnic agus teirmifisic meán ilchéime “leá soladach-leachtach” a idirghníomhaíonn le hatmaisféar gáis támh. Seo a leanas tréithe ualaí teirmeacha ábhartha i SLM.
Rátaí téimh agus fuaraithe suas le 10⁶⁻⁶ K/s) / mar gheall ar radaíocht léasair áitiúil le dlúis chumhachta suas le 10⁶⁻⁶ W cm².
Maireann an timthriall leá-sholadúcháin idir 1 agus 10 ms, rud a chuireann le soladú tapa an chrios leá le linn fuaraithe.
Mar thoradh ar théamh tapa dhromchla an tsampla, cruthaítear strusanna teirmea-leaisteacha arda sa chiseal dromchla. Déantar cuid leordhóthanach (suas le 20%) den chiseal púdair a ghalú go láidir63, rud a fhágann ualach brú breise ar an dromchla mar fhreagairt ar abláisiú léasair. Dá bhrí sin, saobhann an brú spreagtha geoiméadracht na coda go suntasach, go háirithe in aice le tacaí agus eilimintí struchtúracha tanaí. Mar thoradh ar an ráta téimh ard in annéalú léasair cuislithe, gintear tonnta brú ultrasonaic a scaipeann ón dromchla go dtí an tsubstráit. Chun sonraí cainníochtúla cruinne a fháil ar an dáileadh struis agus brú áitiúil, déantar insamhalta meiseascópach ar an bhfadhb dífhoirmithe leaisteach a bhaineann le haistriú teasa agus maise.
Áirítear ar chothromóidí rialaithe an mhúnla (1) cothromóidí aistrithe teasa neamhsheasmhacha ina mbraitheann an seoltacht theirmeach ar staid chéime (púdar, leá, polachriostalach) agus teocht, (2) luaineachtaí i ndífhoirmiú leaisteach tar éis abláisiú leanúnach agus cothromóid leathnú teirmileaisteach. Cinntear an fhadhb luach teorann trí dhálaí turgnamhacha. Sainmhínítear an flosc léasair modhnaithe ar dhromchla an tsampla. Áirítear le fuarú comhiompartha malartú teasa seoltaí agus flosc galúcháin. Sainmhínítear an flosc maise bunaithe ar ríomh bhrú gaile sáithithe an ábhair galúcháin. Úsáidtear an gaol struis-stráinne leaisteachaplaisteach ina bhfuil an strus teirmileaisteach comhréireach leis an difríocht teochta. Maidir le cumhacht ainmniúil \(300~\text {W}\), minicíocht \(10^5~\text {Hz}\), comhéifeacht uaineach 100 agus \(200~\upmu \text {m}\) den trastomhas bhíoma éifeachtach.
Taispeánann Fíor 3 torthaí insamhalta uimhriúil an chrios leáite ag baint úsáide as samhail mhatamaiticiúil macrascópach. Is é trastomhas an chrios leáite ná 200~m (ga 100~m) agus doimhneacht 40~m. Léiríonn torthaí an insamhalta go n-athraíonn teocht an dromchla go háitiúil le himeacht ama de réir mar a thagann sé 100~K mar gheall ar an bhfachtóir ard eatramhach den mhodhnú cuisle. Tá na rátaí téimh (V_h) agus fuaraithe (V_c) thart ar 10^7 agus 10^6~K/s), faoi seach. Tá na luachanna seo i gcomhréir mhaith lenár n-anailís roimhe seo64. Mar thoradh ar dhifríocht ord méide idir (V_h) agus (V_c) bíonn róthéamh tapa ar an gciseal dromchla, áit nach leor an seoladh teirmeach chuig an tsubstráit chun an teas a bhaint. Dá bhrí sin, ag t=26~ Sroicheann teocht an dromchla buaicphointe chomh hard le 4800~K. Is féidir le galú bríomhar an ábhair brú iomarcach a chur ar dhromchla an tsampla agus é a scafa.
Torthaí insamhalta uimhriúla crios leá annealing cuisle léasair aonair ar phláta samplach 316L. Is é 180 ~ s an t-am ó thús na cuisle go dtí doimhneacht an linn leáite ag sroicheadh ​​an luach uasta. Léiríonn an isitéirm (T = T_L = 1723 ~ K) an teorainn idir na céimeanna leachtacha agus soladacha. Freagraíonn na hiseabair (línte buí) don strus toraidh a ríomhtar mar fheidhm den teocht sa chéad chuid eile. Dá bhrí sin, sa réimse idir an dá líne isitéirme (iseabairmeacha (T = T_L) agus isibair (sigma = V(T))), bíonn an chéim sholadach faoi réir ualaí meicniúla láidre, rud a d'fhéadfadh athruithe sa mhicreastruchtúr a bheith mar thoradh orthu.
Mínítear an éifeacht seo tuilleadh i bhFíor 4a, áit a bhfuil an leibhéal brú sa chrios leáite plotaithe mar fheidhm ama agus achar ón dromchla. Ar dtús, tá an t-iompar brú gaolmhar le modhnú déine cuisle an léasair a thuairiscítear i bhFíor 2 thuas. Breathnaíodh brú uasta de thart ar 10 MPa ag thart ar t=26 upmu. Ar an dara dul síos, tá na tréithe luaineachta céanna ag luaineacht an bhrú áitiúil ag an bpointe rialaithe agus atá ag minicíocht 500 kHz. Ciallaíonn sé seo go ngintear tonnta brú ultrasonaic ag an dromchla agus ansin go scaipeann siad isteach sa tsubstráit.
Taispeántar tréithe ríofa an chrios dífhoirmithe in aice leis an gcrios leá i bhFíor 4b. Gineann abláisiú léasair agus strus teirmileaisteach tonnta dífhoirmithe leaisteacha a scaipeann isteach sa tsubstráit. Mar is léir ón bhfigiúr, tá dhá chéim giniúna struis ann. Le linn na chéad chéime de \(t < 40~\upmu \text {s}\), ardaíonn strus Mises go \(8~\text {MPa}\) le modhnú cosúil leis an mbrú dromchla. Tarlaíonn an strus seo mar gheall ar abláisiú léasair, agus níor breathnaíodh aon strus teirmileaisteach sna pointí rialaithe toisc go raibh an crios tosaigh a raibh tionchar teasa air róbheag. Nuair a scaipeann teas isteach sa tsubstráit, gineann an pointe rialaithe strus teirmileaisteach ard os cionn \(40~\text {MPa}\).
Bíonn tionchar suntasach ag na leibhéil struis mhodhnaithe a fhaightear ar an gcomhéadan soladach-leachtach agus d'fhéadfadh gurb iad an mheicníocht rialaithe a rialaíonn an cosán soladaithe. Tá méid an chrios dífhoirmithe 2 go 3 huaire níos mó ná méid an chrios leá. Mar a thaispeántar i bhFíor 3, déantar comparáid idir suíomh an iseatéirm leá agus an leibhéal struis atá cothrom leis an strus toraidh. Ciallaíonn sé seo go soláthraíonn an ionradaíocht léasair cuislithe ualaí meicniúla arda i gceantair áitiúla le trastomhas éifeachtach idir 300 agus 800 m ag brath ar an am meandarach.
Dá bhrí sin, bíonn an éifeacht ultrasonaic mar thoradh ar mhodhnú casta an annealaithe léasair cuisle. Tá an cosán roghnúcháin micreastruchtúir difriúil má dhéantar comparáid idir é agus an SLM gan ualach ultrasonaic. Bíonn timthriallta tréimhsiúla comhbhrúite agus síneadh sa chéim sholadach mar thoradh ar réigiúin éagobhsaí dífhoirmithe. Dá bhrí sin, is féidir teorainneacha gráin agus teorainneacha fo-ghráin nua a fhoirmiú. Dá bhrí sin, is féidir na hairíonna micreastruchtúracha a athrú d'aon ghnó, mar a thaispeántar thíos. Soláthraíonn na conclúidí a fuarthas an fhéidearthacht fréamhshamhail SLM atá tiomáinte ag ultrafhuaime atá spreagtha ag modhnú cuisle a dhearadh. Sa chás seo, is féidir an ionduchtóir piezoelectric 26 a úsáidtear in áit eile a eisiamh.
(a) Brú mar fheidhm ama, ríofa ag achair éagsúla ón dromchla 0, 20 agus 40 m feadh ais na siméadrachta. (b) Strus Von Mises atá ag brath ar am ríofa i maitrís sholadach ag achair 70, 120 agus 170 m ó dhromchla an tsampla.
Rinneadh turgnaimh ar phlátaí cruach dhosmálta AISI 321H le toisí 20 × 20 5 mm. Tar éis gach cuisle léasair, bogann an pláta 50 m, agus tá imeall bhíoma léasair ar dhromchla an sprice thart ar 100 m. Déantar suas le cúig phas bhíoma ina dhiaidh sin feadh an riain chéanna chun athleá an ábhair phróiseáilte a spreagadh le haghaidh scagadh gráin. I ngach cás, rinneadh sonicíocht ar an gcrios athleáite, ag brath ar chomhpháirt luaineach radaíochta léasair. Mar thoradh air seo, laghdaítear an meánachar gráin níos mó ná 5 huaire. Taispeánann Fíor 5 conas a athraíonn micreastruchtúr an réigiúin leáite léasair le líon na dtimthriallta athleáite (pasanna) ina dhiaidh sin.
Fophlotaí (a, d, g, j) agus (b, e, h, k) – micreastruchtúr réigiún leáite léasair, fophlotaí (c, f, i, l) – dáileadh achair grán daite. Léiríonn scáthú na cáithníní a úsáideadh chun an histagram a ríomh. Freagraíonn dathanna do réigiúin grán (féach an barra datha ag barr an histagram). Freagraíonn fophlotaí (ac) do chruach dhosmálta neamhchóireáilte, agus freagraíonn fophlotaí (df), (gi), (jl) do 1, 3 agus 5 athleá.
Ós rud é nach n-athraíonn fuinneamh cuisle an léasair idir pasanna ina dhiaidh sin, bíonn doimhneacht an chrios leáite mar a chéile. Dá bhrí sin, “clúdaíonn” an cainéal ina dhiaidh sin an ceann roimhe sin go hiomlán. Mar sin féin, léiríonn an histagram go laghdaíonn an meánachar gráin agus an achar meánach de réir mar a mhéadaíonn líon na bpasanna. D’fhéadfadh sé seo a léiriú go bhfuil an léasar ag gníomhú ar an tsubstráit seachas ar an leá.
D’fhéadfadh sé gur fuarú tapa an linn leáite is cúis le scagadh gráin65. Rinneadh sraith eile turgnaimh inar nochtadh dromchlaí plátaí cruach dhosmálta (321H agus 316L) do radaíocht léasair tonn leanúnach san atmaisféar (Fíor 6) agus i bhfolús (Fíor 7). Tá an chumhacht léasair mheánach (300 W agus 100 W, faoi seach) agus doimhneacht an linn leáite gar do thorthaí turgnamhacha an léasair Nd:YAG i mód saor-reatha. Mar sin féin, breathnaíodh struchtúr colúnach tipiciúil.
Micreastruchtúr an réigiúin leáite léasair de léasar tonn leanúnach (cumhacht tairiseach 300 W, luas scanadh 200 mm/s, cruach dhosmálta AISI 321H).
(a) Micreastruchtúr agus (b) íomhánna difreactaithe ais-scaipthe leictreon den réigiún leáite léasair i bhfolús le léasar tonn leanúnach (cumhacht tairiseach 100 W, luas scanadh 200 mm/s, cruach dhosmálta AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Dá bhrí sin, léirítear go soiléir go bhfuil tionchar suntasach ag modhnú casta déine cuisle an léasair ar an micreastruchtúr mar thoradh air. Creidimid gur meicniúil an éifeacht seo agus go dtarlaíonn sí mar gheall ar ghiniúint chreathadh ultrasonaic a scaiptear ó dhromchla ionradaithe an leáite go domhain isteach sa sampla. Fuarthas torthaí comhchosúla i 13, 26, 34, 66, 67 ag baint úsáide as trasduchtóirí piezoelectric seachtracha agus sonotrodes a sholáthraíonn ultrafhuaim ard-déine in ábhair éagsúla lena n-áirítear cóimhiotal Ti-6Al-4V 26 agus cruach dhosmálta 34 mar thoradh air. Déantar an mheicníocht fhéideartha a thomhas mar seo a leanas. Is féidir le ultrafhuaim dhian cavitation fuaimiúil a chur faoi deara, mar a léirítear in íomháú X-gha sioncrótrón in situ ultra-thapa. Gineann titim na mboilgeog cavitation tonnta turrainge san ábhar leáite, a shroicheann a mbrú tosaigh thart ar \(100~\text {MPa}\)69. Féadfaidh tonnta turrainge den sórt sin a bheith láidir go leor chun foirmiú núicléis céim sholadaigh de mhéid chriticiúil a chur chun cinn i leachtanna mórchóir, ag cur isteach ar struchtúr gráin colúnach tipiciúil an bhreiseáin ciseal ar chiseal. déantúsaíocht.
Anseo, molaimid meicníocht eile atá freagrach as modhnú struchtúrach trí shonacáil dhian. Díreach tar éis soladú, bíonn an t-ábhar ag teocht ard gar don phointe leá agus tá strus toraidh thar a bheith íseal aige. Is féidir le tonnta ultrasonaic dian sreabhadh plaisteach a chur faoi deara chun struchtúr gráin an ábhair te, atá díreach soladaithe a athrú. Mar sin féin, tá sonraí turgnamhacha iontaofa ar spleáchas teochta struis toraidh ar fáil ag \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (féach Fíor 8). Dá bhrí sin, chun an hipitéis seo a thástáil, rinneamar insamhaltaí dinimice móilíneacha (MD) ar chomhdhéanamh Fe-Cr-Ni cosúil le cruach AISI 316 L chun iompar an struis toraidh gar don phointe leá a mheas. Chun an strus toraidh a ríomh, d'úsáideamar an teicníc scíthe struis lomadh MD atá mionsonraithe i 70, 71, 72, 73. Maidir leis na ríomhanna idirghníomhaíochta idir-adamhacha, d'úsáideamar an tSamhail Adamhach Leabaithe (EAM) ó 74. Rinneadh insamhaltaí MD ag baint úsáide as cóid LAMMPS 75,76. Foilseofar sonraí na n-insamhaltaí MD in áit eile. Torthaí ríomha MD an toraidh Taispeántar strus mar fheidhm de theocht i bhFíor 8 mar aon le sonraí turgnamhacha atá ar fáil agus meastóireachtaí eile77,78,79,80,81,82.
Strus toraidh le haghaidh cruach dhosmálta austeníteach AISI grád 316 agus comhdhéanamh an mhúnla i gcoinne teochta le haghaidh insamhaltaí MD. Tomhais turgnamhacha ó thagairtí: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. féach. Is samhail eimpíreach de spleáchas struis toraidh-teochta é (f)82 le haghaidh tomhas struis inlíne le linn monaraíochta breiseán le cúnamh léasair. Léirítear torthaí na n-insamhaltaí MD ar scála mór sa staidéar seo mar \(\vartriangleleft\) le haghaidh criostal aonair gan teorainn gan locht agus \(\vartriangleright\) le haghaidh gráin chríochta agus an meánmhéid gráin á chur san áireamh tríd an ngaol Hall-Petch Toisí\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Is léir go dtiteann an strus toraidh faoi bhun 40 MPa ag \(T>1500~\text {K}\). Ar an láimh eile, de réir meastachán, sáraíonn an aimplitiúid ultrasonaic a ghintear ag léasar 40 MPa\) (féach Fíor 4b), rud atá leordhóthanach chun sreabhadh plaisteach a spreagadh san ábhar te atá díreach soladaithe.
Rinneadh imscrúdú turgnamhach ar fhoirmiú micreastruchtúir cruach dhosmálta austeníteach 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) le linn SLM ag baint úsáide as foinse léasair cuisleach casta modhnaithe déine.
Fuarthas laghdú ar mhéid na ngrán sa chrios leá léasair mar gheall ar athleá léasair leanúnach tar éis 1, 3 nó 5 phas.
Léiríonn samhaltú macrascópach go bhfuil meastachán déanta ar mhéid an réigiúin ina bhféadfadh dífhoirmiú ultrasonaic tionchar dearfach a imirt ar an tosaigh sholadúcháin suas le \(1~\text {mm}\).
Léiríonn an tsamhail MD micreascópach go laghdaítear neart toraidh cruach dhosmálta austeníteach AISI 316 go suntasach go \(40~\text {MPa}\) gar don phointe leá.
Tugann na torthaí a fuarthas le fios modh chun micreastruchtúr ábhar a rialú trí úsáid a bhaint as próiseáil léasair mhodhnaithe casta agus d'fhéadfadh sé a bheith mar bhunús chun modhnuithe nua a chruthú ar an teicníc SLM cuisleach.
Liu, Y. et al.Éabhlóid mhicreastruchtúrach agus airíonna meicniúla comhchodanna TiB2/AlSi10Mg in situ trí leá roghnach léasair [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Innealtóireacht theorann gráin athchriostalaithe leá roghnach léasair cruach dhosmálta 316L [J]. Iris Alma Mater. 200, 366–377. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Forbairt in situ ar mhicreastruchtúir ceapaire le insínteacht fheabhsaithe trí aththéamh léasair ar chóimhiotail tíotáiniam leáite le léasar.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Déantúsaíocht bhreiseán páirteanna Ti-6Al-4V trí thaisceadh miotail léasair (LMD): próiseas, micreastruchtúr agus airíonna meicniúla. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al.Samhaltú micreastruchtúrach ar thaisceadh fuinnimh faoi threoir púdar miotail léasair de Chóimhiotal 718.Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al.Staidéar Íomháithe Imeall Neodrón Paraiméadrach Bragg ar Shamplaí Monaraithe go Breiseánach a ndearnadh Cóireáil orthu le Péineadh Turraing Léasair.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Micreastruchtúr grádáin agus airíonna meicniúla Ti-6Al-4V a monaraíodh go breiseánach trí leá léas leictreon. Iris Alma Mater. 97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).