Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար: Բրաուզերի տարբերակը, որը դուք օգտագործում եք, սահմանափակ աջակցություն ունի CSS-ին: Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում): Մինչդեռ շարունակական աջակցությունն ապահովելու համար մենք կայքը կցուցադրենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Առաջարկվում է արտադրական գործընթացում արտադրանքի միկրոկառուցվածքը վերահսկելու ընտրովի լազերային հալման վրա հիմնված նոր մեխանիզմ: Մեխանիզմը հենվում է հալված լողավազանում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքների առաջացման վրա՝ բարդ ինտենսիվության մոդուլացված լազերային ճառագայթման միջոցով: Փորձարարական ուսումնասիրությունները և թվային սիմուլյացիան ցույց են տալիս, որ այս ժամանակակից ինտեգրված կառավարման մեխանիզմը կարող է տեխնիկապես ինտեգրվել: .
Կոմպլեքս ձևով մասերի հավելումների արտադրությունը (AM) զգալիորեն աճել է վերջին տասնամյակներում: Այնուամենայնիվ, չնայած հավելումների արտադրության գործընթացների բազմազանությանը, ներառյալ ընտրովի լազերային հալեցումը (SLM)1,2,3, ուղղակի լազերային մետաղի նստեցումը4,5,6, էլեկտրոնային ճառագայթների հալումը7,8 և այլն9,10, դա կարող է պայմանավորված լինել պինդ պրոցեսի դեֆիցիտի բարձր բնութագրերով: ջերմային գրադիենտներ, հովացման բարձր արագություն և նյութի հալման և վերահալման ժամանակ ջեռուցման ցիկլերի բարդությունը 11, ինչը հանգեցնում է էպիտաքսիալ հատիկի աճի և զգալի ծակոտկենության:12,13-ը ցույց տվեց, որ անհրաժեշտ է վերահսկել ջերմային գրադիենտները, հովացման արագությունը և համաձուլվածքի բաղադրությունը կամ կիրառել լրացուցիչ ֆիզիկական ցնցումներ տարբեր հատկությունների արտաքին դաշտերով, ինչպիսիք են ուլտրաձայնը, հասնելու համար նուրբ հավասարազոր հացահատիկի կառուցվածքներ:
Բազմաթիվ հրապարակումներ անդրադառնում են սովորական ձուլման գործընթացներում թրթռումային բուժման ազդեցությանը պնդացման գործընթացի վրա14,15: Այնուամենայնիվ, արտաքին դաշտի կիրառումը մեծածավալ հալվածքի վրա չի առաջացնում ցանկալի նյութի միկրոկառուցվածքը: Եթե հեղուկ փուլի ծավալը փոքր է, իրավիճակը կտրուկ փոխվում է: Այս դեպքում արտաքին դաշտը զգալիորեն ազդում է պինդացման գործընթացի վրա: Դիտարկվել են 23,24,25,26,27, աղեղի խառնումը28 և տատանումը29, իմպուլսային պլազմային աղեղների ժամանակ էլեկտրամագնիսական ազդեցությունները30,31 և այլ մեթոդներ32: Կցեք ենթաշերտին՝ օգտագործելով արտաքին բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային աղբյուրը (20 կՀց հաճախականությամբ): ջերմաստիճանի գրադիենտ և ուլտրաձայնային ուժեղացում՝ կավիտացիայի միջոցով նոր բյուրեղներ առաջացնելու համար:
Այս աշխատանքում մենք ուսումնասիրեցինք ավստենիտիկ չժանգոտվող պողպատների հացահատիկի կառուցվածքը փոխելու հնարավորությունը՝ հալած լողավազանը ձայնային ալիքներով ձայնային ալիքներով, որոնք առաջանում են հենց հալվող լազերի կողմից: 3D տպիչներ: Այս աշխատանքի փորձերն իրականացվել են չժանգոտվող պողպատից սալերի վրա, որոնց մակերեսները ենթարկվել են ինտենսիվության մոդուլյացիայի ենթարկված լազերային ճառագայթմանը: Այսպիսով, տեխնիկապես կատարվում է լազերային մակերևույթի մշակում: Այնուամենայնիվ, եթե նման լազերային մշակում կատարվի յուրաքանչյուր շերտի մակերեսի վրա, շերտ առ շերտ կուտակման ժամանակ, ազդեցությունը ստացվում է ամբողջ ծավալի վրա կամ մակերևույթի ընտրված մասերի վրա: շերտը համարժեք է «լազերային ծավալային բուժմանը»:
Մինչդեռ ուլտրաձայնային եղջյուրի վրա հիմնված ուլտրաձայնային թերապիայի ժամանակ կանգնած ձայնային ալիքի ուլտրաձայնային էներգիան բաշխվում է ամբողջ բաղադրիչով, մինչդեռ լազերային ազդեցությամբ ուլտրաձայնային ինտենսիվությունը մեծապես կենտրոնացած է լազերային ճառագայթման ներծծվող կետի մոտ: մասի վերին մակերևույթի վրա մկանային լարվածություն: Հետևաբար, ակուստիկ լարումը մոտ է զրոյին, և մասնիկների արագությունը առավելագույն ամպլիտուդ ունի մասի ամբողջ վերին մակերևույթի վրա: Ձայնային ճնշումը ամբողջ հալված ավազանի ներսում չի կարող գերազանցել եռակցման գլխի ստեղծած առավելագույն ճնշման 0,1%-ը, քանի որ ուլտրաձայնային պողպատի ալիքի երկարությունը ուլտրաձայնային պողպատի ալիքի երկարությունը ուլտրաձայնային պողպատի ալիքի երկարությունը 3: The Խորությունը սովորաբար պակաս է, քան \(\sim 0.3~\text {mm}\): Հետևաբար, ուլտրաձայնի ազդեցությունը կավիտացիայի վրա կարող է փոքր լինել:
Հարկ է նշել, որ ինտենսիվության մոդուլացված լազերային ճառագայթման օգտագործումը լազերային մետաղի ուղղակի նստվածքում հետազոտության ակտիվ ոլորտ է35,36,37,38:
Միջավայրի վրա լազերային ճառագայթման ներթափանցման ջերմային ազդեցությունները հիմք են հանդիսանում նյութերի մշակման գրեթե բոլոր լազերային տեխնիկայի համար 39, 40, ինչպիսիք են կտրումը 41, եռակցումը, կարծրացումը, հորատումը 42, մակերեսի մաքրումը, մակերեսի համաձուլումը, մակերեսի փայլեցումը 43 և այլն։
Հարկ է նշել, որ միջավայրի վրա ցանկացած ոչ անշարժ գործողություն, ներառյալ ներծծող միջավայրի վրա լազինգային ազդեցությունը, հանգեցնում է նրանում ակուստիկ ալիքների գրգռմանը քիչ թե շատ արդյունավետությամբ: Սկզբում հիմնական շեշտը դրված էր հեղուկների մեջ ալիքների լազերային գրգռման և ձայնի ջերմային գրգռման տարբեր մեխանիզմների վրա (ջերմային ընդլայնում, գոլորշիացման փուլ 4, խտացում, գոլորշիացման փուլ, 4, 4 և այլն): Բազմաթիվ մենագրություններ50, 51, 52 տալիս են այս գործընթացի և դրա հնարավոր գործնական կիրառությունների տեսական վերլուծությունները։
Այս հարցերը հետագայում քննարկվեցին տարբեր կոնֆերանսներում, և ուլտրաձայնի լազերային գրգռումը կիրառություն ունի ինչպես լազերային տեխնոլոգիայի արդյունաբերական կիրառություններում53, այնպես էլ բժշկության մեջ54: Հետևաբար, կարելի է համարել, որ ներծծող միջավայրի վրա իմպուլսային լազերային լույսի ազդեցության գործընթացի հիմնական հայեցակարգը հաստատվել է: Լազերային ուլտրաձայնային զննումն օգտագործվում է արատների հայտնաբերման համար:
Նյութերի վրա լազերային հարվածային ալիքների ազդեցությունը հիմք է հանդիսանում լազերային հարվածի ներթափանցման57,58,59, որն օգտագործվում է նաև հավելումով արտադրված մասերի մակերեսային մշակման համար60: Այնուամենայնիվ, լազերային ցնցումների ուժեղացումը ամենաարդյունավետն է նանվայրկյանական լազերային իմպուլսների և մեխանիկական բեռնված մակերեսների վրա (օր.
Փորձարկումներ են իրականացվել՝ ուսումնասիրելու տարբեր ֆիզիկական դաշտերի հնարավոր ազդեցությունները պնդացած նյութերի միկրոկառուցվածքի վրա: Փորձարարական կազմաձևի ֆունկցիոնալ դիագրամը ներկայացված է Նկար 1-ում: Իմպուլսային Nd:YAG պինդ վիճակի լազեր, որն աշխատում է ազատ գործող ռեժիմում (զարկերակային տեւողությունը \(\tau _L \sim 150~\upmu \t): nsity ֆիլտրեր և ճառագայթների բաժանարար թիթեղների համակարգ: Կախված չեզոք խտության ֆիլտրերի համակցությունից՝ թիրախի վրա իմպուլսի էներգիան տատանվում է \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) մինչև \(E_L \sim 100~\text {mJ}\): (\(1~\text {ms}\)-ից ավելի երկար արձագանքման ֆոտոդիոդներ) օգտագործվում են թիրախի վրա միջադեպը որոշելու և արտացոլելու համար, և երկու հզորության հաշվիչներ (ֆոտոդիոդներ կարճ արձագանքման ժամանակներով\(<10~\text {ns}\))՝ միջադեպի և արտացոլված օպտիկական հզորությունը որոշելու համար։ 2-D0 և դիէլեկտրիկ հայելին, որը տեղադրված է նմուշի վայրում: Կենտրոնացրեք ճառագայթը թիրախի վրա, օգտագործելով ոսպնյակ (հակաշղող ծածկույթ \(1.06 \upmu \text {m}\), կիզակետային երկարություն \(160~\text {mm}\)) և ճառագայթի իրան թիրախի մակերեսին 10~\m (60–\m) վերև:
Փորձարարական տեղադրման ֆունկցիոնալ սխեմատիկ դիագրամ. 1-լազեր;2 - լազերային ճառագայթ;3 - չեզոք խտության զտիչ;4 - սինխրոն ֆոտոդիոդ;5 - ճառագայթների բաժանիչ;6 - դիֆրագմ;7 - անկման ճառագայթի կալորիմետր;8 – արտացոլված ճառագայթի կալորիմետր;9 – հարվածային ճառագայթների հզորության հաշվիչ;10 – արտացոլված ճառագայթի հզորության հաշվիչ;11 - կենտրոնացման ոսպնյակ;12 - հայելի;13 – նմուշ;14 – լայնաշերտ պիեզոէլեկտրական փոխարկիչ;15 – 2D փոխարկիչ;16 – դիրքավորման միկրոկառավարիչ;17 – համաժամացման միավոր;18 – բազմաալիք թվային ձեռքբերման համակարգ՝ տարբեր նմուշառման տեմպերով.19 - անհատական ​​համակարգիչ:
Ուլտրաձայնային բուժումն իրականացվում է հետևյալ կերպ. Լազերը գործում է ազատ վազքի ռեժիմով.հետևաբար լազերային իմպուլսի տևողությունը \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) է, որը բաղկացած է մոտավորապես \(1.5~\upmu \text {s } \) յուրաքանչյուրի բազմակի տևողություններից: Լազերային իմպուլսի ժամանակավոր ձևը և նրա սպեկտրը բաղկացած են ցածր հաճախականությամբ, միջին հաճախականությամբ, մոտ 7 տեքստով, միջին հաճախականությամբ և մոտ 7 մոդուլյացիայով: Hz}\), ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում:- Հաճախականության ծրարը ապահովում է նյութի ջեռուցումը և հետագա հալումը և գոլորշիացումը, մինչդեռ բարձր հաճախականության բաղադրիչը ապահովում է ուլտրաձայնային թրթռումները ֆոտոակուստիկ էֆեկտի պատճառով:Այն \(7~\text {kHz}\)-ից մինչև \ (2~\text {MHz}\) է, իսկ կենտրոնական հաճախականությունը \(~ 0.7~\text {MHz}\): Ֆոտոկուստիկ էֆեկտի պատճառով ձայնային իմպուլսները գրանցված են լայնաշերտ պիեզոէլեկտրական փոխարկիչների միջոցով: Ցուցադրված են պոլիվինիլիդային թաղանթից և դրա ֆտորիդի սպեկտրի պատկերով: Պետք է նշել, որ լազերային իմպուլսների ձևը բնորոշ է ազատ վազող ռեժիմի լազերին:
Լազերային իմպուլսի ինտենսիվության (ա) և ձայնի արագության (բ) ժամանակային բաշխումը նմուշի հետևի մակերևույթի վրա, մեկ լազերային իմպուլսի սպեկտրը (կապույտ կորը) (c) և ուլտրաձայնային իմպուլսը (դ) միջինում ավելի քան 300 լազերային իմպուլսներ (կարմիր կոր):
Մենք կարող ենք հստակ տարբերակել ձայնային բուժման ցածր հաճախականության և բարձր հաճախականության բաղադրիչները, որոնք համապատասխանում են լազերային իմպուլսի ցածր հաճախականության և բարձր հաճախականության մոդուլյացիայի համապատասխանաբար: Լազերային իմպուլսի ծրարի կողմից առաջացած ակուստիկ ալիքների ալիքի երկարությունները գերազանցում են \(40~\text {cm});հետևաբար, սպասվում է ակուստիկ ազդանշանի լայնաշերտ բարձր հաճախականության բաղադրիչների հիմնական ազդեցությունը միկրոկառուցվածքի վրա:
Ֆիզիկական գործընթացները SLM-ում բարդ են և տեղի են ունենում միաժամանակ տարբեր տարածական և ժամանակային մասշտաբներով: Հետևաբար, SLM-ի տեսական վերլուծության համար առավել հարմար են բազմամասշտաբ մեթոդները: SLM-ը հետևյալն է.
Ջեռուցման և հովացման տեմպերը մինչև \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ մինչև \(10^{13}~\text {W} սմ}^2\) տեղայնացված լազերային ճառագայթման պատճառով հզորության խտությամբ:
Հալման-պինդացման ցիկլը տևում է 1-ից մինչև \(10~\text {ms}\), ինչը նպաստում է հալման գոտու արագ ամրացմանը հովացման ընթացքում:
Նմուշի մակերեսի արագ տաքացումը հանգեցնում է մակերևութային շերտում բարձր ջերմաէլաստիկ լարումների ձևավորմանը: Փոշու շերտի բավարար (մինչև 20%) հատվածը ուժեղ գոլորշիացված է63, ինչը հանգեցնում է մակերեսի վրա լրացուցիչ ճնշման բեռի՝ ի պատասխան լազերային աբլյացիայի: Հետևաբար, առաջացած լարումը զգալիորեն աղավաղում և խեղաթյուրում է բարձր տարրերը, հատկապես մոտակայքում գտնվող հատվածը: Սեդ լազերային եռացումը հանգեցնում է ուլտրաձայնային լարման ալիքների առաջացմանը, որոնք տարածվում են մակերեսից մինչև հիմք: Տեղական լարվածության և լարվածության բաշխման վերաբերյալ ճշգրիտ քանակական տվյալներ ստանալու համար իրականացվում է ջերմության և զանգվածի փոխանցման հետ կապված էլաստիկ դեֆորմացիայի խնդրի մեսոսկոպիկ մոդելավորում:
Մոդելի կառավարող հավասարումները ներառում են (1) անկայուն ջերմային փոխանցման հավասարումներ, որտեղ ջերմային հաղորդունակությունը կախված է փուլային վիճակից (փոշի, հալված, բազմաբյուրեղ) և ջերմաստիճանից, (2) առաձգական դեֆորմացիայի տատանումները շարունակական աբլյացիայից և ջերմաէլաստիկ ընդլայնման հավասարումը: հաղորդիչ ջերմափոխանակություն և գոլորշիացման հոսք: Զանգվածային հոսքը որոշվում է գոլորշիացնող նյութի հագեցած գոլորշիների ճնշման հաշվարկի հիման վրա: Էլաստոպլաստիկ լարվածություն-լարում հարաբերությունն օգտագործվում է այն դեպքում, երբ ջերմաէլաստիկ սթրեսը համաչափ է ջերմաստիճանի տարբերությանը: Անվանական հզորության համար \(300~\text \(300~\text {W}\t~{0mit) հաճախականությունը և 10-ը: (200~\upmu \text {m}\ ) արդյունավետ ճառագայթի տրամագիծը:
Նկար 3-ը ցույց է տալիս հալված գոտու թվային մոդելավորման արդյունքները՝ օգտագործելով մակրոսկոպիկ մաթեմատիկական մոդելը: Միաձուլման գոտու տրամագիծը \(200~\upmu \text {m}\) է (\(100~\upmu \text {m}\) շառավիղ) և \(40~\upmu \simulation p. ջերմաստիճանը ցույց է տալիս, քանի որ ջերմաստիճանը տատանվում է 1-ի հետ: 0~\text {K}\) զարկերակային մոդուլյացիայի բարձր ընդհատվող գործակցի պատճառով: Ջեռուցման \(V_h\) և հովացման \(V_c\) դրույքաչափերը համապատասխանաբար \(10^7\) և \(10^6~\text {K}/\text {s}\) կարգի են: Այս 4 լավ արժեքները համաձայնվում են մեր նախորդ 6 mag\n-ի միջև: և \(V_c\) հանգեցնում է մակերևութային շերտի արագ գերտաքացմանը, որտեղ ջերմային հաղորդակցությունը դեպի ենթաշերտը անբավարար է ջերմությունը հեռացնելու համար: Հետևաբար, \(t=26~\upmu \text {s}\) մակերևույթի ջերմաստիճանը հասնում է մինչև \(4800~\text {K}\): Ուժեղ նյութի գոլորշիացումը կարող է առաջացնել նմուշի մակերևույթի արտահոսք:
Մեկ լազերային իմպուլսային զարկերակի հալման գոտու թվային մոդելավորման արդյունքները 316 լ նմուշի ափսեի վրա: Իմպուլսի սկզբից մինչև հալած ավազանի խորությունը առավելագույն արժեքին հասնելու ժամանակը \(180~\upmu\text {s}\): Իզոթերմը\(T = T_L = պինդ փուլը (Ks) և հեղուկի (հեղուկի) միջև է: դեղին գծերը համապատասխանում են հաջորդ բաժնում ջերմաստիճանի ֆունկցիայի գծով հաշվարկված զիջման լարվածությանը: Հետևաբար, երկու իզոլագծերի (իզոտերմ\(T=T_L\) և իզոբարներ\(\sigma =\sigma _V(T)) միջև ընկած հատվածում պինդ փուլը ենթարկվում է ուժեղ մեխանիկական բեռների, ինչը կարող է հանգեցնել միկրոկառուցվածքի փոփոխության:
Այս էֆեկտն ավելի մանրամասն նկարագրված է Նկար 4ա-ում, որտեղ ճնշման մակարդակը հալած գոտում գծագրված է որպես ժամանակի և մակերեսից հեռավորության ֆունկցիա: Նախ, ճնշման վարքագիծը կապված է վերը Նկար 2-ում նկարագրված լազերային իմպուլսի ինտենսիվության մոդուլյացիայի հետ: Առավելագույն ճնշում \text{s}\) մոտ \(10~\text wasned the MPa ~ at about)): Կառավարման կետում տեղական ճնշման տուգանքը ունի նույն տատանումների բնութագրերը, ինչ \(500~\text {kHz}\) հաճախականությունը: Սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային ճնշման ալիքները առաջանում են մակերեսի վրա և այնուհետև տարածվում են ենթաշերտի մեջ:
Հալման գոտու մոտ դեֆորմացիայի գոտու հաշվարկված բնութագրերը ցույց են տրված նկ. 4b-ում: Լազերային աբլյացիան և ջերմաէլաստիկ սթրեսը առաջացնում են առաձգական դեֆորմացիոն ալիքներ, որոնք տարածվում են ենթաշերտի մեջ: Ինչպես երևում է նկարից, սթրեսի առաջացման երկու փուլ կա: մակերևութային ճնշմանը նման մոդուլյացիա: Այս լարվածությունը առաջանում է լազերային աբլացիայի պատճառով, և հսկիչ կետերում ջերմաէլաստիկ սթրես չի նկատվել, քանի որ ջերմության ազդեցության սկզբնական գոտին չափազանց փոքր էր:
Ստացված մոդուլացված լարվածության մակարդակները զգալի ազդեցություն ունեն պինդ-հեղուկ միջերեսի վրա և կարող են լինել պնդացման ուղին կառավարող հսկիչ մեխանիզմ: Դեֆորմացիայի գոտու չափը 2-ից 3 անգամ ավելի մեծ է, քան հալման գոտումը: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում, հալման իզոթերմի գտնվելու վայրը և լարվածության մակարդակը, որը հավասար է ելքային լարման բարձր մակարդակին, համեմատվում են ավելի բարձր բեռնվածության հետ: տրամագիծը 300-ից մինչև \(800~\upmu \text {m}\) միջև՝ կախված ակնթարթային ժամանակից:
Հետևաբար, իմպուլսային լազերային հալման բարդ մոդուլյացիան հանգեցնում է ուլտրաձայնային էֆեկտի: Միկրոկառուցվածքի ընտրության ուղին տարբերվում է, եթե համեմատվում է SLM-ի հետ առանց ուլտրաձայնային բեռնման: Դեֆորմացված անկայուն շրջանները հանգեցնում են սեղմման և ձգման պարբերական ցիկլերի պինդ փուլում: Այսպիսով, հացահատիկի նոր սահմանների ձևավորումը կարող է փոխվել միկրոկառուցվածքի և ենթակառուցվածքի հատկությունների վրա: , ինչպես ցույց է տրված ստորև: Ստացված եզրակացությունները հնարավորություն են տալիս նախագծել իմպուլսային մոդուլյացիայի միջոցով առաջացած ուլտրաձայնային SLM նախատիպ: Այս դեպքում, այլուր օգտագործվող պիեզոէլեկտրական ինդուկտորը 26 կարող է բացառվել:
ա) Ճնշումը որպես ժամանակի ֆունկցիա՝ հաշվարկված 0, 20 և \(40~\upmu \text {m}\) մակերեսից տարբեր հեռավորությունների վրա համաչափության առանցքի երկայնքով: (բ) Ժամանակից կախված Von Mises-ի լարվածությունը հաշվարկված պինդ մատրիցով 70, 120 և \(170~\upmu \u003d մակերևույթից) տեքստից հեռավորությունների վրա:
Փորձերը կատարվել են AISI 321H չժանգոտվող պողպատից սալերի վրա \(20\ անգամ 20\ անգամ 5~\ text {mm}\) չափսերով։ Յուրաքանչյուր լազերային իմպուլսից հետո թիթեղը շարժվում է \(50~\upmu \text {m}\), իսկ լազերային ճառագայթի գոտկատեղը թիրախ մակերևույթի վրա կազմում է մոտավորապես \\(1000m) ենթակետ: նույն ուղու երկայնքով՝ առաջացնելով հացահատիկի մաքրման համար մշակված նյութի վերահալեցումը: Բոլոր դեպքերում, վերահալված գոտին հնչյունավորվել է, կախված լազերային ճառագայթման տատանողական բաղադրիչից: Սա հանգեցնում է հացահատիկի միջին մակերեսի ավելի քան 5 անգամ կրճատման:
Ենթահողեր (a,d,g,j) և (b,e,h,k) – լազերային հալված շրջանների միկրոկառուցվածք, ենթահողեր (c,f,i,l) – գունավոր հատիկների մակերեսային բաշխում։Ստվերավորումը ներկայացնում է մասնիկները, որոնք օգտագործվում են հիստոգրամը հաշվարկելու համար: Գույները համապատասխանում են հատիկավոր շրջաններին (տե՛ս հիստոգրամի վերևի գունային գիծը: Ենթագծերը (ac) համապատասխանում են չմշակված չժանգոտվող պողպատին, իսկ ենթաշերտերը (df), (gi), (jl) համապատասխանում են 1, 3 և 5 վերահալվածքներին:
Քանի որ լազերային իմպուլսի էներգիան չի փոխվում հաջորդ անցումների միջև, հալած գոտու խորությունը նույնն է: Այսպիսով, հաջորդ ալիքն ամբողջությամբ «ծածկում է» նախորդը: Այնուամենայնիվ, հիստոգրամը ցույց է տալիս, որ հատիկների միջին և միջին մակերեսը նվազում է անցումների քանակի ավելացման հետ: Սա կարող է ցույց տալ, որ լազերը գործում է սուբստրատի վրա:
Հացահատիկի մաքրումը կարող է պայմանավորված լինել հալած ավազանի արագ սառեցմամբ65: Փորձերի ևս մեկ խումբ է իրականացվել, երբ չժանգոտվող պողպատից թիթեղների մակերեսները (321H և 316L) ենթարկվել են մթնոլորտում (Նկար 6) և վակուումային (Նկար 6) և վակուումային (նկ. 7) լազերային շարունակական ալիքի ճառագայթմանը: Nd:YAG լազերի արդյունքները ազատ վազքի ռեժիմում: Այնուամենայնիվ, նկատվեց տիպիկ սյունաձև կառուցվածք:
Շարունակական ալիքի լազերի լազերային հալված շրջանի միկրոկառուցվածքը (300 Վտ մշտական ​​հզորություն, 200 մմ/վ սկանավորման արագություն, AISI 321H չժանգոտվող պողպատ):
ա) վակուումային շարունակական ալիքի լազերի լազերային հալման գոտու միկրոկառուցվածքը և (բ) էլեկտրոնների հետցքման դիֆրակցիոն պատկերը (մշտական ​​հզորությունը 100 Վտ, սկանավորման արագությունը 200 մմ/վ, AISI 316L չժանգոտվող պողպատ) \ (\sim 2~\text {mbar }\):
Հետևաբար, հստակ ցույց է տրված, որ լազերային իմպուլսի ինտենսիվության բարդ մոդուլյացիան զգալի ազդեցություն ունի ստացված միկրոկառուցվածքի վրա: Մենք կարծում ենք, որ այս էֆեկտը մեխանիկական բնույթ է կրում և առաջանում է ուլտրաձայնային թրթռումների առաջացման պատճառով, որոնք տարածվում են հալվածի ճառագայթված մակերեսից նմուշի խորքում: Նմանատիպ արդյունքներ են ստացվել 13, 26, 26, 26, 26, 26, 200 ապահովելով բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային հետազոտություն տարբեր նյութերում, ներառյալ Ti-6Al-4V խառնուրդ 26 և չժանգոտվող պողպատ 34, որի արդյունքը: Հնարավոր մեխանիզմը ենթադրվում է հետևյալ կերպ: Ինտենսիվ ուլտրաձայնը կարող է առաջացնել ակուստիկ կավիտացիա, ինչպես ցույց է տրված գերարագ in situ synchrotron ռենտգենյան պատկերում: ~\text {MPa}\)69. Նման հարվածային ալիքները կարող են բավականաչափ ուժեղ լինել, որպեսզի նպաստեն զանգվածային հեղուկներում կրիտիկական չափի պինդ փուլային միջուկների ձևավորմանը՝ խաթարելով շերտ առ շերտ հավելումների արտադրության բնորոշ սյունաձև հատիկի կառուցվածքը:
Այստեղ մենք առաջարկում ենք մեկ այլ մեխանիզմ, որը պատասխանատու է ինտենսիվ ձայնային արտանետման միջոցով կառուցվածքային փոփոխության համար: Պնդացումից անմիջապես հետո նյութը գտնվում է բարձր ջերմաստիճանում, մոտ հալման կետին և ունի չափազանց ցածր ելքային լարվածություն: Ուլտրաձայնային ինտենսիվ ալիքները կարող են հանգեցնել պլաստիկ հոսքի, որը փոխում է հենց նոր ամրացված տաք նյութի հատիկի կառուցվածքը: Այնուամենայնիվ, հուսալի փորձարարական տվյալներ հասանելի են ջերմաստիճանից կախվածության վերաբերյալ (\t\t, առանց ելքի ջերմաստիճանի: ե Նկար 8): Հետևաբար, վարկածը ստուգելու համար մենք կատարեցինք AISI 316 L պողպատի նման Fe-Cr-Ni բաղադրության մոլեկուլային դինամիկայի (MD) սիմուլյացիաներ՝ հալման կետի մոտ զիջման լարվածության վարքագիծը գնահատելու համար: Ելքի լարվածությունը հաշվարկելու համար մենք օգտագործեցինք MD կտրվածքային լարվածության թուլացման տեխնիկան, որը մանրամասն նկարագրված է 70,727, 70,727, Ներկառուցված ատոմային մոդելը (EAM) 74.MD սիմուլյացիաներից կատարվել են LAMMPS 75,76 կոդերի միջոցով: MD մոդելավորման մանրամասները կհրապարակվեն այլուր: Ելքի լարվածության MD հաշվարկման արդյունքները որպես ջերմաստիճանի ֆունկցիա ներկայացված են Նկ. 8-ում՝ առկա փորձարարական տվյալների և այլ գնահատումների հետ միասին71,82,78,71,82,78,71,82,78:
316 դասի ավստենիտիկ չժանգոտվող պողպատի զիջման լարվածությունը և մոդելի բաղադրությունը՝ համեմատած ջերմաստիճանի MD մոդելավորման համար: Փորձարարական չափումներ հղումներից. (ա) 77, (բ) 78, (գ) 79, (դ) 80, (ե) 81. հղում. manufacturing: Այս հետազոտության մեջ MD մոդելավորման լայնածավալ արդյունքները նշվում են որպես \(\vartriangleft\) անվերջ միաբյուրեղի համար, իսկ \(\vartriangleright\) վերջավոր հատիկների համար՝ հաշվի առնելով հատիկի միջին չափը Hall-Petch հարաբերակցության Չափերը\(d\mu = 50ext):
Կարելի է տեսնել, որ \(T>1500~\text {K}\) ելքի լարվածությունը նվազում է \(40~\text {MPa}\): Մյուս կողմից, հաշվարկները կանխատեսում են, որ լազերային գեներացվող ուլտրաձայնային ամպլիտուդը գերազանցում է \(40~\text {MPa}\) (տես նկ.
SLM-ի ընթացքում 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) ավստենիտիկ չժանգոտվող պողպատի միկրոկառուցվածքի ձևավորումը փորձարարականորեն հետազոտվել է բարդ ինտենսիվության մոդուլացված իմպուլսային լազերային աղբյուրի միջոցով:
Լազերային հալման գոտում հացահատիկի չափի նվազում է հայտնաբերվել 1, 3 կամ 5 անցումներից հետո շարունակական լազերային վերահալման պատճառով:
Մակրոսկոպիկ մոդելավորումը ցույց է տալիս, որ տարածքի գնահատված չափը, որտեղ ուլտրաձայնային դեֆորմացիան կարող է դրականորեն ազդել ամրացման ճակատի վրա, մինչև \(1~\text {mm}\):
Մանրադիտակային MD մոդելը ցույց է տալիս, որ AISI 316 ավստենիտիկ չժանգոտվող պողպատի զիջման ուժը զգալիորեն կրճատվել է մինչև \(40~\text {MPa}\) հալման կետի մոտ:
Ստացված արդյունքները ենթադրում են նյութերի միկրոկառուցվածքի վերահսկման մեթոդ՝ օգտագործելով բարդ մոդուլացված լազերային մշակում և կարող է հիմք ծառայել իմպուլսային SLM տեխնիկայի նոր փոփոխություններ ստեղծելու համար:
Liu, Y. et al.TiB2/AlSi10Mg կոմպոզիտների in situ միկրոկառուցվածքային էվոլյուցիան և մեխանիկական հատկությունները լազերային ընտրովի հալման միջոցով [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021):
Gao, S. et al.316L չժանգոտվող պողպատի լազերային ընտրովի հալման վերաբյուրեղացման հատիկի սահմանային ճարտարագիտություն [J]:Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020 թ.):
Chen, X. & Qiu, C. In situ սենդվիչային միկրոկառուցվածքների մշակում ուժեղացված ճկունությամբ՝ լազերային հալված տիտանի համաձուլվածքների լազերային տաքացման միջոցով.science.Rep.10, 15870. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020 թ.):
Azarniya, A. et al. Ti-6Al-4V մասերի հավելանյութերի արտադրություն մետաղի լազերային նստվածքով (LMD). գործընթաց, միկրոկառուցվածք և մեխանիկական հատկություններ: J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019 թ.):
Kumara, C. et al. Alloy 718-ի լազերային մետաղի փոշու ուղղորդված էներգիայի կուտակման միկրոկառուցվածքային մոդելավորում. Ավելացնել արտադրություն.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019):
Busey, M. et al.Parametric Neutron Bragg Edge Imaging Study of Additively Manufactured Samples Treed by Laser Shock Peening.science.Rep.11, 14919. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021):
Tan, X. et al.Ti-6Al-4V-ի գրադիենտ միկրոկառուցվածքը և մեխանիկական հատկությունները հավելյալ ձևով ստեղծված էլեկտրոնային ճառագայթների հալման միջոցով: Alma Mater Journal.97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (201):