Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com.Chan eil mòran taic aig an tionndadh brobhsair a tha thu a’ cleachdadh airson CSS. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir dheth modh co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). San eadar-ama, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, seallaidh sinn an làrach gun stoidhle agus JavaScript.
Thathas a’ moladh uidheamachd ùr stèidhichte air leaghadh leusair roghnach gus smachd a chumail air meanbh-structar thoraidhean sa phròiseas saothrachaidh.
Tha saothrachadh cuir-ris (AM) de phàirtean cumadh iom-fhillte air fàs gu mòr anns na deicheadan mu dheireadh. ann a bhith a’ leaghadh agus a’ leaghadh stuthan11, a tha a’ leantainn gu fàs gràin epitaxial agus porosity mòr12,13.Tha na co-dhùnaidhean a’ sealltainn gu bheil e riatanach smachd a chumail air caiseadan teirmeach, ìrean fuarachaidh, agus co-dhèanamh alloy, no cuir a-steach buillean corporra a bharrachd tro raointean taobh a-muigh de dhiofar thogalaichean (me, ultrasound) gus structaran gràin co-chothromach a choileanadh.
Tha grunn fhoillseachaidhean co-cheangailte ri buaidh làimhseachadh crathaidh air a’ phròiseas solidification ann am pròiseasan tilgeadh àbhaisteach14,15.Ach, chan eil a bhith a’ cleachdadh achadh a-muigh gu mòr-leaghan a’ toirt a-mach am microstructure stuthan a tha thu ag iarraidh.Ma tha meud na h-ìre leaghaidh beag, bidh an suidheachadh ag atharrachadh gu mòr. ,25,26,27, arc stirring28 agus oscillation29, arcs plasma pulsed30,31 agus dòighean eile32 .Ceangail ris an t-substrate le bhith a’ cleachdadh stòr ultrasound àrd-dian taobh a-muigh (aig 20 kHz).
Anns an obair seo, rinn sinn sgrùdadh air comasachd atharrachadh a dhèanamh air structar gràin steels stainless austenitic le bhith a’ sonicating an amar leaghte le tonnan fuaim air an gineadh leis an leusair leaghaidh fhèin. Mar sin, gu teicnigeach, thèid làimhseachadh uachdar laser a dhèanamh.
Ach ann an leigheas ultrasonic stèidhichte air adharc, tha lùth ultrasonic an tonn fuaim seasmhach air a chuairteachadh air feadh na co-phàirt, fhad ‘s a tha an dian ultrasonic air a bhrosnachadh le laser gu mòr faisg air an àite far a bheil an rèididheachd laser air a ghabhail a-steach. Chan urrainn don chuideam fuaim taobh a-staigh an linne leaghte gu lèir a bhith nas àirde na 0.1% den chuideam as àirde a ghineadh leis a’ cheann tàthaidh, leis gu bheil tonn-tonn nan tonnan ultrasonic le tricead 20 kHz ann an stàilinn gun staoin \(\ sim 0.3~\text {m}\), agus mar as trice bidh an doimhneachd nas lugha na 0.3 ~ \ text {m} \), agus mar as trice bidh an doimhneachd nas lugha na 0.3 ~ c. bi beag.
Bu chòir a thoirt fa-near gur e raon gnìomhach de rannsachadh35,36,37,38 a th’ ann an cleachdadh rèididheachd leusair modalaichte dian ann an tasgadh meatailt laser dìreach.
Tha buaidh teirmeach tachartas rèididheachd laser air a’ mheadhan mar bhunait airson cha mhòr a h-uile modh laser 39, 40 airson giollachd stuthan, leithid gearradh41, tàthadh, cruadhachadh, drileadh42, glanadh uachdar, alloying uachdar, snasadh uachdar43, msaa.
Bu chòir a thoirt fa-near gu bheil gnìomh neo-stadach sam bith air a’ mheadhan, a’ gabhail a-steach gnìomh lasachaidh air a’ mheadhan sùghaidh, a’ leantainn gu spionnadh tonnan fuaimneach ann le barrachd no nas lugha de èifeachd. Tha 1, 52 a’ toirt seachad mion-sgrùdaidhean teòiridheach air a’ phròiseas seo agus na cleachdaidhean practaigeach a dh’ fhaodadh a bhith ann.
Chaidh na cùisean sin a dheasbad an dèidh sin aig diofar cho-labhairtean, agus le excitation leusair ultrasound tha iarrtasan an dà chuid ann an gnìomhachas leusair teicneòlas53 agus medicine54.Therefore, faodar beachdachadh gu bheil bun-bheachd a 'phròiseas leis a bheil pulsed leusair solas ag obair air meadhan sùghaidh air a stèidheachadh.
Tha buaidh tonnan clisgeadh a ghineadh le laser air stuthan mar bhunait air clisgeadh laser peening57,58,59, a tha cuideachd air a chleachdadh airson làimhseachadh uachdar pàirtean saothraichte le cuir-ris60.
Chaidh deuchainnean a dhèanamh gus sgrùdadh a dhèanamh air na buaidhean a dh’ fhaodadh a bhith aig diofar raointean fiosaigeach air meanbh-structar stuthan solidified.Tha an diagram gnìomh den t-suidheachadh deuchainneach air a shealltainn ann am Figear 1.A leusair pulsed Nd:YAG solid-state ag obair ann am modh ruith an-asgaidh (fad cuisle \ (\ tau _L \sim 150~ \ upmu \text {s} \ )) chaidh sreath de dhlùths sgoltadh agus pulsed laser a chleachdadh. a' feitheamh ris a' chothlamadh de shìoltachain dùmhlachd neodrach, bidh an lùth cuisle air an targaid ag atharrachadh bho \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) gu \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). an tachartas gu agus air a nochdadh bhon targaid, agus dà mheatair cumhachd (photodiodes le amannan freagairt goirid\(<10~\text {ns}\)) gus tachartas a dhearbhadh agus a’ nochdadh cumhachd optigeach. Chaidh calorimeters agus meatairean cumhachd a chalabadh gus luachan a thoirt seachad ann an aonadan iomlan a’ cleachdadh lorgaire teirmeach Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 agus sampall dielectric air a chuir suas air an targaid lionsa.Food. 6 \upmu \text {m}\), fad fòcas \(160~\text {mm}\)) agus sliasaid beam aig an uachdar targaid 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Diagram sgeamach gnìomh den t-suidheachadh deuchainneach: 1 - leusair;2 - beam laser;3 - criathrag dùmhlachd neodrach;4 - photodiode sioncronaich;5 - sgoltadh beam;6 - diaphragm;7 - calorimeter beam tachartais;8 - calorimeter beam a tha air a nochdadh;9 - meatair cumhachd beam tachartas;10 - meatair cumhachd beam air a nochdadh;11 - lionsa fòcas;12 - sgàthan;13 - sampall;14 - transducer piezoelectric bann-leathann;15 - inneal-tionndaidh 2D;16 - suidheachadh microcontroller;17 - aonad sioncronaidh;18 - siostam togail didseatach ioma-seanail le diofar ìrean samplachaidh;19 - coimpiutair pearsanta.
Ultrasonic làimhseachadh ga dhèanamh mar a leanas.The leusair obrachadh ann an-asgaidh modh;mar sin is e fad a’ chuisle leusair \(\tau _L \sim 150~\upmu\text {s}\), a tha air a dhèanamh suas de dh’iomadh ùine timcheall air \(1.5~\upmu\text {s} \) each.Tha cumadh ùineail a’ chuisle leusair agus an speactram aige a’ gabhail a-steach cèis tricead ìosal agus \ (modhachadh tricead àrd) {~ tricead air a shealltainn, mu thimcheall. .- Bidh a ’chèis tricead a’ toirt seachad teasachadh agus leaghadh is falmhachadh an stuth às deidh sin, fhad ‘s a tha am pàirt àrd-tricead a’ toirt seachad na crithidhean ultrasonic mar thoradh air an èifeachd photoacoustic.Tha e bho \(7~\text {kHz}\) gu \ (2~\text {MHz}\), agus tha tricead an ionaid tha \(~ 0.7~\text {MHz}\).Tha fuaimneach buillean mar thoradh air a 'bhuaidh photoacoustic air a chlàradh a' cleachdadh bann-leathann piezoelectric transducers air a dhèanamh de polyvinylidene fluoride films.The clàraichte waveform agus a speactram leusair air a shealltainn ann am Figear an-asgaidh cumadh leusair. ning modh laser.
Bha cuairteachadh ùineail de dhian-bhualadh laser (a) agus astar fuaim aig uachdar cùil an t-sampall (b), speactra de chuisle laser (c) agus cuisle ultrasonic (d) cuibheasach thairis air 300 buillean laser (lùb dearg) airson aon chuisle laser (lùb gorm).
Is urrainn dhuinn gu soilleir eadar-dhealachadh a dhèanamh eadar na pàirtean tricead ìosal agus àrd-tricead den làimhseachadh fuaimneach a tha co-chosmhail ri cèis tricead ìosal a’ chuisle laser agus an atharrachadh tricead àrd, fa leth.mar sin, thathar an dùil ri prìomh bhuaidh co-phàirtean àrd-tricead bann-leathann den chomharra fuaimneach air a’ mhicro-structar.
Mar sin, tha dòighean ioma-sgèile nas freagarraiche airson mion-sgrùdadh teòiridheach air modalan SLM.
Ìrean teasachaidh is fuarachaidh suas gu \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ mar thoradh air irradachadh leusair ionadail le dùmhlachd cumhachd suas gu \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Mairidh an cearcall leaghaidh-solidification eadar 1 agus \(10~\text {ms}\), a tha a’ cur ri daingneachadh luath an sòn leaghaidh rè fuarachadh.
Bidh teasachadh luath air uachdar an t-sampall a’ leantainn gu cruthachadh cuideaman thermoelastic àrd anns an uachdar uachdar.Tha cuibhreann gu leòr (suas ri 20%) den fhilleadh pùdar air a ghluasad gu làidir63, a tha a’ leantainn gu cuideam cuideam a bharrachd air an uachdar mar fhreagairt air ablation laser. Gus dàta cainneachdail ceart fhaighinn air cuairteachadh cuideam is cuideam ionadail, thathas a’ dèanamh atharrais mesoscopic den duilgheadas deformation elastagach a tha ceangailte ri gluasad teas is mòr.
Tha co-aontaran riaghlaidh a’ mhodail a’ toirt a-steach (1) co-aontaran gluasad teas neo-sheasmhach far a bheil seoltachd teirmeach an urra ri staid ìre (pùdar, leaghadh, polycrystalline) agus teòthachd, (2) caochlaidhean ann an deformation elastagach às deidh ablation leantainneach agus leudachadh thermoelastic co-aontar. Tha an dàimh cuideam-strain elastoplastic air a chleachdadh far a bheil an cuideam thermoelastic co-rèireach ris an eadar-dhealachadh teòthachd.
Tha Figear 3 a' sealltainn toraidhean atharrais àireamhach air a' chrios leaghte a' cleachdadh modal matamataigeach macroscopach. 'S e trast-thomhas na sòn fusion \(200~\upmu\text {m}\) (\(100~\upmu\text {m}\) radius) agus \(40~\upmu\text {m}\) doimhneachd. Tha ìrean teasachaidh \(V_h\) agus fuarachaidh \(V_c\) air òrdugh \(10^7\) agus \(10^6~\text {K}/\text {s}\), fa leth. Chan eil an strat gu leòr airson an teas a thoirt air falbh.
Is e an ùine bho thoiseach a 'chuisle gu doimhneachd an linne leaghte a' ruighinn an luach as àirde \(180~\upmu\text {s}\).Tha an isotherm\(T = T_L = 1723~\text {K} \) a' riochdachadh a' chrìochan cruaidh eadar an leaghan leaghte agus an cuideam a tha air a thomhas eadar an leaghan iso. Mar sin, anns an raon eadar an dà isolines (isotherms \ (T = T_L \) agus isobars \ ( \ sigma = \ sigma _V (T) \ ) )), tha an ìre chruaidh fo smachd luchdan làidir meacanaigeach, a dh ’fhaodadh leantainn gu atharrachaidhean anns a’ mhicro-structar.
Tha tuilleadh mìneachaidh air a’ bhuaidh seo ann am Figear 4a, far a bheil an ìre cuideam anns a’ chrios leaghte air a dhealbhadh mar ghnìomh ùine agus astar bhon uachdar.An toiseach, tha an giùlan cuideam co-cheangailte ri atharrachadh an dian cuisle laser a tha air a mhìneachadh ann am Figear 2 gu h-àrd. feartan cuibhreachaidh mar cho tric 'sa tha \(500~\text {kHz}\).Tha seo a' ciallachadh gu bheil tonnan cuideam ultrasonic air an cruthachadh aig an uachdar agus an uairsin gan gluasad a-steach don fho-strat.
Tha feartan àireamhaichte an t-sòn deformation faisg air an sòn leaghaidh air an sealltainn ann am Fig. gu ablation laser, agus cha deach cuideam thermoelastic a choimhead anns na puingean smachd leis gu robh a’ chiad sòn fo bhuaidh teas ro bheag. Nuair a thèid teas a sgaoileadh a-steach don fho-strat, bidh am puing smachd a’ gineadh cuideam thermoelastic àrd os cionn \(40~\ text {MPa}\).
Tha buaidh mhòr aig na h-ìrean cuideam modulated a gheibhear air an eadar-aghaidh solid-liquid agus is dòcha gur e seo an inneal smachd a tha a’ riaghladh an t-slighe solidification.Tha meud an sòn deformation 2 gu 3 tursan nas motha na ìre an sòn leaghaidh. \upmu \text {m}\) a rèir na h-ùine sa bhad.
Mar sin, tha atharrachadh iom-fhillte an annealing laser pulsed a’ leantainn gu buaidh ultrasonic.Tha an t-slighe taghaidh microstructure eadar-dhealaichte ma thèid an coimeas ris an SLM gun loading ultrasonic.Deformed roinnean neo-sheasmhach a’ leantainn gu cearcallan teannachaidh agus sìneadh bho àm gu àm anns an ìre chruaidh. d prototype SLM air a stiùireadh le ultrasound.Anns a’ chùis seo, faodar an inductor piezoelectric 26 a thathas a ’cleachdadh ann an àiteachan eile a chuir a-mach.
(a) Brùthadh mar ghnìomh ùine, air a thomhas aig astaran eadar-dhealaichte bhon uachdar 0, 20 agus \(40~\upmu\text {m}\) air an axis co-chothromachd.(b) cuideam Von Mises a tha an urra ri ùine air a thomhas ann am matrix cruaidh aig astaran 70, 120 agus \(170~\upmu\text {m}.\) bhon uachdar sampall.
Chaidh deuchainnean a dhèanamh air truinnsearan stàilinn gun staoin AISI 321H le tomhasan \(20\times 20\times 5~\text {mm}\).An dèidh gach cuisle laser, gluaisidh a’ phlàta \(50~\upmu\text {m}\), agus tha an t-inneal leusair air an uachdar targaid timcheall air \(100~\upmu\u0077quot;) gus na h-aon phròiseasan a thoirt air ais gus an aon phròiseas a thoirt air falbh. Anns a h-uile cùis, chaidh an sòn remelted a sonicated, a rèir a ’phàirt oscillatory den rèididheachd laser.Tha seo a’ leantainn gu lùghdachadh nas motha na 5-fhillte ann an sgìre gràin cuibheasach.
Subplots (a, d, g, j) agus (b, e, h, k) - microstructure de roinnean leaghte le laser, subplots (c, f, i, l) - cuairteachadh sgìre de ghràinean dathte.Tha dubhar a’ riochdachadh na mìrean a thathas a’ cleachdadh airson an histogram a thomhas. Tha dathan a’ freagairt ri roinnean gràin (faic am bàr dath aig mullach an histogram. Tha subplots (ac) a’ freagairt ri stàilinn gun làimhseachadh, agus tha subplots (df), (gi), (jl) a’ freagairt ri remelts 1, 3 agus 5.
Leis nach atharraich an lùth cuisle laser eadar pasan às deidh sin, tha doimhneachd a’ chrios leaghte mar an ceudna. Mar sin, tha an sianal às deidh sin gu tur “a’ còmhdach ”an fhear roimhe.
Dh'fhaodadh ùrachadh gràin a bhith air adhbhrachadh le fuarachadh luath den linne leaghte65.Chaidh seata eile de dheuchainnean a dhèanamh anns an robh uachdar truinnsearan stàilinn gun staoin (321H agus 316L) fosgailte do rèididheachd laser tonn leantainneach san àile (Fig. 6) agus falamh (Fig. 7). chaidh structar colbh àbhaisteach fhaicinn.
Microstructure na sgìre leaghaidh laser de leusair tonn leantainneach (cumhachd seasmhach 300 W, astar scan 200 mm / s, stàilinn gun staoin AISI 321H).
(a) Microstructure agus (b) ìomhaighean eadar-dhealachaidh backscatter dealanach den roinn leaghaidh le laser ann am falamh le leusair tonn leantainneach (cumhachd seasmhach 100 W, astar scan 200 mm / s, stàilinn gun staoin AISI 316L) \ (\ sim 2 ~ \ text {mbar}\).
Mar sin, tha e air a shealltainn gu soilleir gu bheil atharrachadh iom-fhillte air dian cuisle leusair a’ toirt buaidh mhòr air a’ mhicro-structar a thig às. -4V alloy 26 agus stàilinn 34 toradh.Thathas a’ beachdachadh air an uidheamachd a dh’ fhaodadh a bhith ann mar a leanas.Faodaidh ultrasound dian cavitation fuaimneach adhbhrachadh, mar a chithear ann an ìomhaighean X-ray synchrotron ultrafast in situ. niùclas ìre cruaidh ann an lionntan mòra, a’ cur dragh air structar gràin colbh àbhaisteach saothrachadh cuir-ris còmhdach-air-fhilleadh.
An seo, tha sinn a’ moladh inneal eile le uallach airson atharrachadh structarail le dian sonication.Immediately às deidh solidification, tha an stuth aig teòthachd àrd faisg air a’ phuing leaghaidh agus tha toradh toraidh gu math ìosal aige. Faodaidh tonnan ultrasonic dian adhbhrachadh sruth plastaig gus structar gràin an stuth teth, dìreach solidified. , gus am beachd-bharail seo a dhearbhadh, rinn sinn atharrais air daineamaigs moileciuil (MD) de cho-dhèanamh Fe-Cr-Ni coltach ri stàilinn AISI 316 L gus measadh a dhèanamh air giùlan cuideam toraidh faisg air a’ phuing leaghaidh. Chaidh samhlaidhean MD a dhèanamh a' cleachdadh còdan LAMMPS 75,76. Thèid mion-fhiosrachadh mu na samhlaidhean MD fhoillseachadh ann an àiteachan eile.
Cuideam toraidh airson stàilinn stainless austenitic ìre AISI 316 agus cumadh modail an aghaidh teòthachd airson samhlaidhean MD. Tomhais deuchainneach bho iomraidhean: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. tha samhlaidhean MD air sgèile mhòr san sgrùdadh seo air an comharrachadh mar \(\vartriangleleft\) airson criostal singilte neo-chrìochnach gun lochd agus \(\vartriangleright\) airson gràinean crìochnaichte a' gabhail a-steach meud cuibheasach gràin tro na Tomhasan dàimh Hall-Petch\(d = 50~\upmu\text {m}\).
Chìthear gu bheil aig \(T>1500~\text{K}\) an cuideam toraidh a’ tuiteam gu h-ìosal \(40~\text {MPa}\).Air an làimh eile, tha tuairmsean a’ ro-innse gu bheil an leudachd ultrasonic air a ghineadh le laser nas àirde na \(40~\text {MPa}\) (faic Fig. 4b), a tha gu leòr airson sruthadh plastaig dìreach a thoirt a-steach don stuth teth.
Chaidh sgrùdadh deuchainneach a dhèanamh air cruthachadh microstructure de stàilinn austenitic austenitic 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) rè SLM a ’cleachdadh stòr laser pulsed dian-modalaichte iom-fhillte.
Chaidh lughdachadh meud gràin anns an raon leaghaidh laser a lorg mar thoradh air ath-leaghadh laser leantainneach às deidh pasan 1, 3 no 5.
Tha modaladh macroscopic a’ sealltainn gu bheil meud tuairmseach na roinne far am faodadh deformachadh ultrasonic buaidh mhath a thoirt air aghaidh solidification suas ri \(1~\text {mm}\).
Tha am modal MD microscopach a’ sealltainn gu bheil neart toraidh AISI 316 de stàilinn gun staoin austenitic air a lughdachadh gu mòr gu \(40 ~ \ text {MPa} \) faisg air an ìre leaghaidh.
Tha na toraidhean a fhuaireadh a’ moladh dòigh airson smachd a chumail air meanbh-structar stuthan a’ cleachdadh giollachd leusair atharraichte iom-fhillte agus a dh’ fhaodadh a bhith mar bhunait airson atharrachaidhean ùra a chruthachadh air an dòigh SLM pulsed.
Liu, Y. et al.Mean-fhàs microstructural agus feartan meacanaigeach de choimeasgaidhean TiB2/AlSi10Mg in situ le leaghadh laser roghnach [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al.Recrystallization gràin crìochan innleadaireachd de leusair roghnach leaghadh de 316L stàilinn stainless [J].Iris Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. In situ leasachadh meanbh-structaran ceapaire le ductility leasaichte le bhith ag ath-teasachadh leusair de titanium air a leaghadh le laser alloys.science.Rep.10, 15870. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Additive saothrachadh de Ti-6Al-4V pàirtean le laser meatailt tasgadh (LMD): pròiseas, microstructure agus meacanaigeach feartan.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Modaileadh microstructural de phùdar meatailt laser tasgadh lùth de Alloy 718.Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al.Parametric Neutron Bragg Edge Sgrùdadh Ìomhaigh air sampallan dèante a bharrachd air an làimhseachadh le clisgeadh laser Peening.science.Rep.11, 14919. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Gradient microstructure agus meacanaigeach feartan Ti-6Al-4V a bharrachd saothraichte le dealanach lionn leaghadh.Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).