Terima kasih telah mengunjungi Nature.com.Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan terbatas untuk CSS.Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau matikan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan yang berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Sebuah mekanisme baru berdasarkan peleburan laser selektif untuk mengontrol struktur mikro produk dalam proses pembuatan diusulkan. Mekanisme ini bergantung pada pembangkitan gelombang ultrasonik intensitas tinggi di kolam cair dengan iradiasi laser termodulasi intensitas kompleks. Studi eksperimental dan simulasi numerik menunjukkan bahwa mekanisme kontrol ini secara teknis layak dan dapat diintegrasikan secara efektif ke dalam desain mesin peleburan laser selektif modern.
Manufaktur aditif (AM) dari bagian berbentuk kompleks telah tumbuh secara signifikan dalam beberapa dekade terakhir. Namun, meskipun berbagai proses pembuatan aditif, termasuk peleburan laser selektif (SLM)1,2,3, pengendapan logam laser langsung4,5,6, pencairan berkas elektron7,8 dan lainnya9,10, Bagian mungkin rusak. Hal ini terutama disebabkan oleh karakteristik khusus dari proses pemadatan kolam cair yang terkait dengan gradien termal yang tinggi, laju pendinginan yang tinggi, dan kompleksitas siklus pemanasan dalam peleburan dan peleburan kembali bahan 11 , yang menyebabkan pertumbuhan butir epitaxial dan porositas yang signifikan.12,13 menunjukkan bahwa perlu untuk mengontrol gradien termal, laju pendinginan, dan komposisi paduan, atau menerapkan kejutan fisik tambahan oleh bidang eksternal dari berbagai sifat, seperti ultrasound, untuk mencapai struktur butiran halus yang sama.
Banyak publikasi prihatin dengan efek perlakuan getaran pada proses pemadatan dalam proses pengecoran konvensional14,15.Namun, menerapkan bidang eksternal ke lelehan massal tidak menghasilkan struktur mikro material yang diinginkan.Jika volume fase cair kecil, situasinya berubah secara dramatis.Dalam hal ini, bidang eksternal secara signifikan mempengaruhi proses pemadatan.Bidang suara yang intens16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, pengadukan busur28 dan osilasi29, efek elektromagnetik selama busur plasma berdenyut30,31 dan metode lain32 telah dipertimbangkan .Lampirkan ke substrat menggunakan sumber ultrasound intensitas tinggi eksternal (pada 20 kHz). Penyempurnaan butiran yang diinduksi ultrasound dikaitkan dengan zona subcooling konstitutif yang meningkat karena penurunan gradien suhu dan peningkatan ultrasound untuk menghasilkan kristalit baru melalui kavitasi.
Dalam karya ini, kami menyelidiki kemungkinan mengubah struktur butiran baja tahan karat austenitik dengan mensonikasi kolam cair dengan gelombang suara yang dihasilkan oleh laser peleburan itu sendiri. Modulasi intensitas insiden radiasi laser pada media penyerap cahaya menghasilkan generasi gelombang ultrasonik, yang mengubah struktur mikro material. Modulasi intensitas radiasi laser ini dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam printer 3D SLM yang ada. Eksperimen dalam pekerjaan ini dilakukan pada pelat baja tahan karat yang permukaannya terpapar radiasi laser termodulasi intensitas. Jadi, secara teknis , perawatan permukaan laser dilakukan. Namun, jika perawatan laser semacam itu dilakukan pada permukaan setiap lapisan, selama penumpukan lapis demi lapis, efek pada seluruh volume atau pada bagian volume tertentu tercapai. Dengan kata lain, jika bagian tersebut dibangun lapis demi lapis, perawatan permukaan laser dari setiap lapisan setara dengan "perawatan volume laser".
Sedangkan dalam terapi ultrasonik berbasis tanduk ultrasonik, energi ultrasonik dari gelombang suara berdiri didistribusikan ke seluruh komponen, sementara intensitas ultrasonik yang diinduksi laser sangat terkonsentrasi di dekat titik di mana radiasi laser diserap. Menggunakan sonotrode dalam mesin fusi bed serbuk SLM rumit karena permukaan atas bedak serbuk yang terpapar radiasi laser harus tetap diam. Selain itu, tidak ada tekanan mekanis pada permukaan atas bagian. Oleh karena itu, tegangan akustik mendekati nol dan kecepatan partikel memiliki amplitudo maksimum di seluruh permukaan atas bagian.Tekanan suara di dalam seluruh kolam cair tidak dapat melebihi 0,1% dari tekanan maksimum yang dihasilkan oleh kepala pengelasan, karena panjang gelombang gelombang ultrasonik dengan frekuensi 20 kHz dalam baja tahan karat adalah \(\sim 0.3~\teks {m}\), dan kedalamannya biasanya kurang dari \(\sim 0.3~\teks {mm}\).Oleh karena itu, efek ultrasound pada kavitasi mungkin kecil.
Perlu dicatat bahwa penggunaan radiasi laser termodulasi intensitas dalam pengendapan logam laser langsung merupakan bidang penelitian aktif35,36,37,38.
Efek termal dari insiden radiasi laser pada media adalah dasar untuk hampir semua teknik laser pemrosesan material 39, 40, seperti pemotongan 41, pengelasan, pengerasan, pengeboran 42, pembersihan permukaan, paduan permukaan, pemolesan permukaan 43, dll.teknologi pemrosesan material dan merangkum hasil awal dalam banyak ulasan dan monograf 44, 45, 46.
Perlu dicatat bahwa setiap tindakan non-stasioner pada media, termasuk tindakan penguat pada media penyerap, menghasilkan eksitasi gelombang akustik di dalamnya dengan efisiensi yang lebih atau kurang. Awalnya, fokus utama adalah pada eksitasi laser gelombang dalam cairan dan berbagai mekanisme eksitasi termal suara (ekspansi termal, penguapan, perubahan volume selama transisi fase, kontraksi, dll.) 47, 48, 49. Banyak monograf50, 51, 52 memberikan analisis teoretis tentang proses ini dan kemungkinan aplikasi praktisnya.
Isu-isu ini kemudian dibahas di berbagai konferensi, dan eksitasi laser ultrasound memiliki aplikasi di kedua aplikasi industri teknologi laser53 dan kedokteran54. Oleh karena itu, dapat dianggap bahwa konsep dasar dari proses dimana sinar laser berdenyut bekerja pada media penyerap telah ditetapkan. Inspeksi ultrasonik laser digunakan untuk mendeteksi cacat sampel yang diproduksi SLM55,56.
Efek gelombang kejut yang dihasilkan laser pada bahan adalah dasar dari peening kejut laser57,58,59, yang juga digunakan untuk perawatan permukaan komponen yang diproduksi secara aditif60. Namun, penguatan kejut laser paling efektif pada pulsa laser nanodetik dan permukaan yang dimuat secara mekanis (misalnya, dengan lapisan cairan)59 karena pemuatan mekanis meningkatkan tekanan puncak.
Eksperimen dilakukan untuk menyelidiki kemungkinan efek dari berbagai bidang fisik pada struktur mikro bahan yang dipadatkan. Diagram fungsional dari pengaturan eksperimental ditunjukkan pada Gambar 1. Laser solid-state Nd:YAG berdenyut yang beroperasi dalam mode free-running (durasi pulsa \(\tau _L \ sim 150~\upmu \text {s}\ )) digunakan. Setiap pulsa laser dilewatkan melalui serangkaian filter densitas netral dan sistem pelat pembagi berkas. Bergantung pada kombinasi filter kerapatan netral, pulsa energi pada target bervariasi dari \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) hingga \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) .Sinar laser yang dipantulkan dari pembagi sinar diumpankan ke fotodioda untuk akuisisi data secara bersamaan, dan dua kalorimeter (fotodioda dengan waktu respons yang lama melebihi \(1~\teks {ms}\)) digunakan untuk menentukan insiden ke dan dipantulkan dari target, dan dua pengukur daya (fotodioda dengan respons pendek kali\(<10~\text {ns}\)) untuk menentukan insiden dan daya optik yang dipantulkan. Kalorimeter dan pengukur daya dikalibrasi untuk memberikan nilai dalam satuan absolut menggunakan detektor termopile Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 dan cermin dielektrik yang dipasang di lokasi sampel. Fokuskan sinar ke target menggunakan lensa (Lapisan antirefleksi pada \(1.06 \upmu \text {m}\), panjang fokus \(160~\text {mm}\ )) dan balok pinggang pada permukaan target 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Diagram skema fungsional dari pengaturan eksperimental: 1—laser;2—sinar laser;3—filter densitas netral;4—fotodioda tersinkronisasi;5—pembagi balok;6—diafragma;7—kalorimeter sinar datang;8 – kalorimeter sinar pantul;9 - meteran listrik balok kejadian;10 – meteran listrik sinar pantul;11 – lensa pemfokusan;12 – cermin;13 – sampel;14 – transduser piezoelektrik pita lebar;15 – konverter 2D;16 – memposisikan mikrokontroler;17 – unit sinkronisasi;18 – sistem akuisisi digital multi-channel dengan berbagai sampling rate;19 – komputer pribadi.
Perawatan ultrasonik dilakukan sebagai berikut. Laser beroperasi dalam mode berjalan bebas;oleh karena itu durasi pulsa laser adalah \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), yang terdiri dari beberapa durasi masing-masing kira-kira \(1.5~\upmu \text {s } \). Bentuk temporal dari pulsa laser dan spektrumnya terdiri dari amplop frekuensi rendah dan modulasi frekuensi tinggi, dengan frekuensi rata-rata sekitar \(0.7~\text {MHz}\), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.- Amplop frekuensi menyediakan pemanasan dan peleburan dan penguapan material selanjutnya, sedangkan komponen frekuensi tinggi memberikan getaran ultrasonik karena efek fotoakustik. Bentuk gelombang pulsa ultrasonik yang dihasilkan oleh laser terutama ditentukan oleh bentuk waktu intensitas pulsa laser.Ini adalah dari \(7~\teks {kHz}\) ke \ (2~\teks {MHz}\), dan frekuensi tengahnya adalah \(~ 0,7~\teks {MHz}\). Pulsa akustik karena efek fotoakustik direkam menggunakan transduser piezoelektrik pita lebar yang terbuat dari film polivinilidena fluorida.
Distribusi temporal intensitas pulsa laser (a) dan kecepatan suara (b) pada permukaan belakang sampel, spektrum (kurva biru) dari pulsa laser tunggal (c) dan pulsa ultrasound (d) rata-rata lebih dari 300 pulsa laser (kurva merah) .
Kita dapat dengan jelas membedakan komponen frekuensi rendah dan frekuensi tinggi dari perawatan akustik yang sesuai dengan amplop frekuensi rendah dari pulsa laser dan modulasi frekuensi tinggi, masing-masing. Panjang gelombang gelombang akustik yang dihasilkan oleh amplop pulsa laser melebihi \(40~\text {cm}\);oleh karena itu, efek utama dari komponen frekuensi tinggi broadband dari sinyal akustik pada struktur mikro diharapkan.
Proses fisik dalam SLM kompleks dan terjadi secara bersamaan pada skala spasial dan temporal yang berbeda. Oleh karena itu, metode multi-skala paling cocok untuk analisis teoretis SLM. Model matematika awalnya harus multi-fisik. Mekanika dan termofisika dari medium multifase "cairan padat-cair" yang berinteraksi dengan atmosfer gas inert kemudian dapat dijelaskan secara efektif. Karakteristik beban termal material dalam SLM adalah sebagai berikut.
Laju pemanasan dan pendinginan hingga \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ karena iradiasi laser lokal dengan kerapatan daya hingga \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Siklus peleburan-pemadatan berlangsung antara 1 dan \(10~\text {ms}\), yang berkontribusi pada pemadatan zona leleh yang cepat selama pendinginan.
Pemanasan yang cepat dari permukaan sampel menghasilkan pembentukan tekanan termoelastik yang tinggi di lapisan permukaan. Porsi yang cukup (hingga 20%) dari lapisan bubuk diuapkan dengan kuat63, yang menghasilkan beban tekanan tambahan pada permukaan sebagai respons terhadap ablasi laser. Akibatnya, regangan yang diinduksi secara signifikan mendistorsi geometri bagian, terutama di dekat penyangga dan elemen struktur yang tipis. Laju pemanasan yang tinggi pada laser anil berdenyut menghasilkan generasi gelombang regangan ultrasonik yang merambat dari permukaan ke substrat. Untuk mendapatkan hasil yang akurat data kuantitatif pada distribusi tegangan dan regangan lokal, simulasi mesoskopik dari masalah deformasi elastis yang terkonjugasi dengan perpindahan panas dan massa dilakukan.
Persamaan yang mengatur model meliputi (1) persamaan perpindahan panas yang tidak stabil di mana konduktivitas termal tergantung pada keadaan fase (bubuk, lelehan, polikristalin) dan suhu, (2) fluktuasi deformasi elastis setelah ablasi kontinum dan persamaan ekspansi termoelastik. Masalah nilai batas ditentukan oleh kondisi eksperimental. Fluks laser termodulasi ditentukan pada permukaan sampel. Pendinginan konvektif mencakup pertukaran panas konduktif dan fluks evaporatif. Fluks massa ditentukan berdasarkan perhitungan tekanan uap jenuh dari bahan yang menguap.Hubungan tegangan-regangan elastoplastik digunakan di mana tegangan termoelastik sebanding dengan perbedaan suhu.Untuk daya nominal \(300~\teks {W}\), frekuensi \(10^5~\teks {Hz}\), koefisien intermiten 100 dan \(200~\upmu \teks {m}\ ) dari diameter balok efektif.
Gambar 3 menunjukkan hasil simulasi numerik dari zona cair menggunakan model matematika makroskopik. Diameter zona fusi adalah \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) radius) dan kedalaman \(40~\upmu \text {m}\). .Tingkat pemanasan \(V_h\) dan pendinginan \(V_c\) berada di urutan \(10^7\) dan \(10^6~\text {K}/\text {s}\), masing-masing. Nilai-nilai ini sesuai dengan analisis kami sebelumnya64. Urutan besarnya perbedaan antara \(V_h\) dan \(V_c\) menghasilkan panas berlebih yang cepat pada lapisan permukaan, di mana konduksi termal ke substrat tidak cukup untuk menghilangkan panas. Oleh karena itu, pada \(t=2 6~\upmu \text {s}\) puncak suhu permukaan setinggi \(4800~\text {K}\). Penguapan bahan yang kuat dapat menyebabkan permukaan sampel mengalami tekanan berlebihan dan terkelupas.
Hasil simulasi numerik dari zona leleh laser pulse annealing tunggal pada pelat sampel 316L. Waktu dari awal pulsa hingga kedalaman kolam cair mencapai nilai maksimum adalah \(180~\upmu\teks {s}\). Isoterm\(T = T_L = 1723~\teks {K}\) mewakili batas antara fase cair dan padat. Isobar (garis kuning) sesuai dengan tegangan luluh yang dihitung sebagai fungsi suhu di bagian selanjutnya.Ada kedepan, dalam domain antara dua isoline (isoterm\(T=T_L\) dan isobar\(\sigma =\sigma _V(T)\)), fasa padat dikenai beban mekanis yang kuat, yang dapat menyebabkan perubahan dalam struktur mikro.
Efek ini dijelaskan lebih lanjut pada Gambar 4a, di mana tingkat tekanan di zona cair diplot sebagai fungsi waktu dan jarak dari permukaan. Pertama, perilaku tekanan terkait dengan modulasi intensitas pulsa laser yang dijelaskan pada Gambar 2 di atas. Tekanan maksimum \text{s}\) sekitar \(10~\text {MPa}\) diamati pada sekitar \(t=26~\upmu). Kedua, fluktuasi tekanan lokal pada titik kontrol memiliki karakteristik osilasi yang sama dengan frekuensi dari \(500~\text {kHz}\). Ini berarti bahwa gelombang tekanan ultrasonik dihasilkan di permukaan dan kemudian merambat ke substrat.
Karakteristik yang dihitung dari zona deformasi dekat zona leleh ditunjukkan pada Gambar. 4b. Ablasi laser dan tegangan termoelastik menghasilkan gelombang deformasi elastis yang merambat ke substrat. Seperti yang dapat dilihat dari gambar, ada dua tahap pembangkitan tegangan. Selama fase pertama \(t < 40~\upmu \text {s}\), tegangan Mises naik menjadi \(8~\text {MPa}\) dengan modulasi yang mirip dengan tekanan permukaan. Tegangan ini terjadi karena ablasi laser , dan tidak ada tegangan termoelastik yang teramati pada titik kontrol karena zona awal yang terpengaruh panas terlalu kecil. Ketika panas dilepaskan ke dalam substrat, titik kontrol menghasilkan tegangan termoelastik tinggi di atas \(40~\text {MPa}\).
Tingkat tegangan termodulasi yang diperoleh memiliki dampak yang signifikan pada antarmuka padat-cair dan mungkin merupakan mekanisme kontrol yang mengatur jalur pemadatan. Ukuran zona deformasi adalah 2 hingga 3 kali lebih besar dari zona leleh. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, lokasi isoterm leleh dan tingkat tegangan yang sama dengan tegangan luluh dibandingkan. Ini berarti bahwa iradiasi laser berdenyut memberikan beban mekanis yang tinggi di area lokal dengan diameter efektif antara 300 dan \(800~\upmu \text {m }\) tergantung pada waktu sesaat.
Oleh karena itu, modulasi kompleks dari anil laser berdenyut mengarah pada efek ultrasonik. Jalur pemilihan struktur mikro berbeda jika dibandingkan dengan SLM tanpa pemuatan ultrasonik. Daerah tidak stabil yang cacat menyebabkan siklus kompresi dan peregangan periodik dalam fase padat. Dengan demikian, pembentukan batas butir baru dan batas subbutir menjadi layak. Oleh karena itu, sifat mikrostruktur dapat dengan sengaja diubah, seperti yang ditunjukkan di bawah ini. 26 digunakan di tempat lain dapat dikecualikan.
(a) Tekanan sebagai fungsi waktu, dihitung pada jarak yang berbeda dari permukaan 0, 20 dan \(40~\upmu \text {m}\) sepanjang sumbu simetri. (b) Tegangan Von Mises yang bergantung waktu dihitung dalam matriks padat pada jarak 70, 120 dan \(170~\upmu \text {m}\) dari permukaan sampel.
Eksperimen dilakukan pada pelat baja tahan karat AISI 321H dengan dimensi \(20\kali 20\kali 5~\teks {mm}\). Setelah setiap pulsa laser, pelat bergerak \(50~\upmu \teks {m}\), dan pinggang sinar laser pada permukaan target sekitar \(100~\upmu \teks {m}\). zona leleh disonikasi, tergantung pada komponen osilasi dari radiasi laser. Hal ini menghasilkan pengurangan lebih dari 5 kali lipat di area butiran rata-rata. Gambar 5 menunjukkan bagaimana struktur mikro dari area yang dilelehkan laser berubah dengan jumlah siklus peleburan berikutnya (berlalu).
Subplot (a,d,g,j) dan (b,e,h,k) – struktur mikro daerah lelehan laser, subplot (c,f,i,l) – distribusi area butiran berwarna.Arsir mewakili partikel yang digunakan untuk menghitung histogram. Warna sesuai dengan wilayah butiran (lihat bilah warna di bagian atas histogram. Subplot (ac) sesuai dengan baja tahan karat yang tidak diolah, dan subplot (df), (gi), (jl) sesuai dengan 1, 3 dan 5 remelts.
Karena energi pulsa laser tidak berubah antara lintasan berikutnya, kedalaman zona cair adalah sama. Dengan demikian, saluran berikutnya benar-benar "menutupi" yang sebelumnya. Namun, histogram menunjukkan bahwa rata-rata dan median area butir berkurang dengan meningkatnya jumlah lintasan. Ini mungkin menunjukkan bahwa laser bekerja pada substrat daripada lelehan.
Penghalusan butiran dapat disebabkan oleh pendinginan cepat kolam cair65. Serangkaian eksperimen lain dilakukan di mana permukaan pelat baja tahan karat (321H dan 316L) terpapar radiasi laser gelombang kontinu di atmosfer (Gbr. 6) dan vakum (Gbr. 7). Daya laser rata-rata (masing-masing 300 W dan 100 W) dan kedalaman kolam cair mendekati hasil eksperimen laser Nd:YAG dalam mode berjalan bebas. Namun, struktur kolumnar yang khas adalah diamati.
Struktur mikro daerah lelehan laser dari laser gelombang kontinu (daya konstan 300 W, kecepatan pindai 200 mm/dtk, baja tahan karat AISI 321H).
( a ) Struktur mikro dan ( b ) gambar difraksi hamburan balik elektron dari zona peleburan laser laser gelombang kontinu vakum (daya konstan 100 W, kecepatan pemindaian 200 mm / s, baja tahan karat AISI 316L) \ (\ sim 2~\text {mbar }\).
Oleh karena itu, ditunjukkan dengan jelas bahwa modulasi kompleks dari intensitas pulsa laser memiliki efek yang signifikan pada struktur mikro yang dihasilkan. Kami percaya bahwa efek ini bersifat mekanis dan terjadi karena pembangkitan getaran ultrasonik yang merambat dari permukaan lelehan yang diradiasi jauh ke dalam sampel. Hasil serupa diperoleh pada 13, 26, 34, 66, 67 menggunakan transduser piezoelektrik eksternal dan sonotrodes yang menyediakan ultrasound intensitas tinggi dalam berbagai bahan termasuk paduan Ti-6Al-4V 26 dan baja tahan karat 34 hasil dari. Mekanisme yang mungkin dispekulasikan sebagai berikut. Ultrasonografi yang intens dapat menyebabkan kavitasi akustik, seperti yang ditunjukkan dalam pencitraan sinar-X sinkrotron in situ ultracepat. Runtuhnya gelembung kavitasi pada gilirannya menghasilkan gelombang kejut pada bahan cair, yang tekanan depannya mencapai sekitar \(100~\teks {MPa}\)69. Gelombang kejut tersebut mungkin cukup kuat untuk mendorong pembentukan inti fase padat berukuran kritis dalam cairan curah, mengganggu butiran kolumnar yang khas struktur manufaktur aditif lapis demi lapis.
Di sini, kami mengusulkan mekanisme lain yang bertanggung jawab untuk modifikasi struktural dengan sonikasi intens. Bahan tepat setelah pemadatan berada pada suhu tinggi dekat dengan titik leleh dan memiliki tegangan luluh yang sangat rendah. Gelombang ultrasonik yang kuat dapat menyebabkan aliran plastik untuk mengubah struktur butir dari bahan panas yang baru saja dipadatkan. Namun, data eksperimental yang andal tentang ketergantungan suhu dari tegangan luluh tersedia di \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (lihat Gambar 8). Oleh karena itu, untuk menguji hipotesis, kami melakukan simulasi dinamika molekuler (MD) dari komposisi Fe-Cr-Ni mirip dengan baja AISI 316 L untuk mengevaluasi perilaku tegangan luluh di dekat titik leleh. Untuk menghitung tegangan luluh, kami menggunakan teknik relaksasi tegangan geser MD yang dirinci dalam 70, 71, 72, 73. Untuk perhitungan interaksi interatomik, kami menggunakan Embedded Atomic Model (EAM) dari 74. Simulasi MD dilakukan menggunakan kode LAMMPS 75,76. Detail simulasi MD akan dipublikasikan di tempat lain. Hasil perhitungan MD tegangan luluh sebagai fungsi suhu ditunjukkan pada Gambar. 8 bersama dengan data eksperimen yang tersedia dan evaluasi lainnya77,78,79,80,81,82.
Tegangan luluh untuk baja tahan karat austenitik AISI grade 316 dan komposisi model versus suhu untuk simulasi MD. Pengukuran eksperimental dari referensi: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81.refer to.(f)82 adalah model empiris ketergantungan tegangan luluh-suhu untuk pengukuran tegangan in-line selama manufaktur aditif berbantuan laser. Hasil simulasi MD skala besar dalam penelitian ini menunjukkan ed sebagai \(\vartriangleleft\) untuk kristal tunggal tak terbatas bebas cacat dan \(\vartriangleright\) untuk butir terbatas dengan mempertimbangkan ukuran butir rata-rata melalui hubungan Dimensi Hall-Petch\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Dapat dilihat bahwa pada \(T>1500~\text {K}\) tegangan luluh turun di bawah \(40~\text {MPa}\). Di sisi lain, perkiraan memperkirakan bahwa amplitudo ultrasonik yang dihasilkan laser melebihi \(40~\text {MPa}\) (lihat Gambar 4b), yang cukup untuk menginduksi aliran plastik dalam material panas yang baru saja dipadatkan.
Pembentukan struktur mikro baja tahan karat austenitik 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) selama SLM diselidiki secara eksperimental menggunakan sumber laser berdenyut termodulasi intensitas kompleks.
Pengurangan ukuran butiran di zona pelelehan laser ditemukan karena peleburan ulang laser terus menerus setelah 1, 3 atau 5 lintasan.
Pemodelan makroskopik menunjukkan bahwa perkiraan ukuran daerah di mana deformasi ultrasonik dapat secara positif mempengaruhi front pemadatan hingga \(1~\text {mm}\).
Model MD mikroskopis menunjukkan bahwa kekuatan luluh baja tahan karat austenitik AISI 316 berkurang secara signifikan hingga \(40~\teks {MPa}\) di dekat titik lebur.
Hasil yang diperoleh menyarankan metode untuk mengontrol struktur mikro bahan menggunakan pemrosesan laser termodulasi kompleks dan dapat berfungsi sebagai dasar untuk membuat modifikasi baru dari teknik SLM berdenyut.
Liu, Y. et al. Evolusi mikrostruktur dan sifat mekanik komposit TiB2/AlSi10Mg in situ dengan peleburan selektif laser [J].J.Paduan.senyawa.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Rekristalisasi batas butir teknik peleburan selektif laser baja tahan karat 316L [J].Jurnal Almamater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Pengembangan struktur mikro sandwich in situ dengan keuletan yang ditingkatkan dengan pemanasan ulang laser dari paduan titanium yang dilebur dengan laser.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Pembuatan aditif bagian Ti-6Al-4V dengan pengendapan logam laser (LMD): proses, struktur mikro, dan sifat mekanik.J.Paduan.senyawa.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al.Pemodelan mikrostruktur bubuk logam laser yang mengarahkan deposisi energi Paduan 718.Tambahkan ke.manufacture.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 Treated by Laser Shock Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Gradien mikrostruktur dan sifat mekanik Ti-6Al-4V secara aditif dibuat dengan peleburan berkas elektron. Jurnal Alma Mater.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).