תודה שביקרת ב-Nature.com.לגרסת הדפדפן שבה אתה משתמש יש תמיכה מוגבלת ב-CSS.לחוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או לכבות את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נציג את האתר ללא סגנון ו-JavaScript.
מוצע מנגנון חדש המבוסס על התכה סלקטיבית בלייזר לשליטה במיקרו-מבנה של מוצרים בתהליך הייצור. המנגנון מסתמך על יצירת גלים קוליים בעוצמה גבוהה בבריכה המותכת על ידי הקרנת לייזר מורכבת עם מווסת עוצמה. מחקרים ניסיוניים וסימולציות מספריות מראים כי מנגנון בקרה זה בר ביצוע טכנית וניתן להשתלב ביעילות בעיצוב מכונת התכה בלייזר.
ייצור תוסף (AM) של חלקים בעלי צורה מורכבת גדל באופן משמעותי בעשורים האחרונים. עם זאת, למרות מגוון תהליכי הייצור המוסף, כולל המסת לייזר סלקטיבית (SLM)1,2,3, שקיעת לייזר ישירה של מתכת 4,5,6, התכת קרן אלקטרונים 7,8 ואחרים 9,10, ייתכן שהחלקים קשורים בעיקר לתהליך המוצק הספציפי של מוצק זה. שיפועים rmal, קצבי קירור גבוהים, והמורכבות של מחזורי חימום בהתכה והמסה מחדש של חומרים11, אשר מובילים לצמיחת גרגרים אפיטקסיאלית ונקבוביות משמעותית12,13.התוצאות מראות כי יש צורך לשלוט על שיפועים תרמיים, קצבי קירור והרכב סגסוגת, או להפעיל זעזועים פיזיים נוספים דרך שדות חיצוניים בעלי מאפיינים שונים (למשל, אולטרסאונד) כדי להשיג מבני גרגר שוות ערך.
פרסומים רבים עוסקים בהשפעה של טיפול ברטט על תהליך ההתמצקות בתהליכי יציקה קונבנציונליים14,15. עם זאת, החלת שדה חיצוני על נמסים בתפזורת אינה מייצרת את המיקרו-מבנה הרצוי של החומר. אם נפח השלב הנוזלי קטן, המצב משתנה באופן דרמטי. במקרה זה, השדה החיצוני משפיע באופן משמעותי על השפעת ההתמצקות,19 שדה אלקטרו-מגנטי,19 נחשבו אינטנסיביים19 בתהליך ההתמצקות. ,20,21,22,23,24,25,26,27, ערבול קשת28 ותנודה29, קשתות פלזמה דופקות30,31 ושיטות אחרות32 .חיבור למצע באמצעות מקור אולטרסאונד חיצוני בעוצמה גבוהה (ב-20 קילו-הרץ). שיפוע טמפרטורה ושיפור אולטרסאונד ליצירת גבישים חדשים באמצעות קוויטציה.
בעבודה זו, בדקנו את האפשרות לשנות את מבנה הגרגירים של פלדות אל-חלד אוסטניטיות על ידי חידוד הבריכה המותכת בגלי קול שנוצרו על ידי הלייזר הנמס עצמו. אפנון העוצמה של קרינת הלייזר הנכנסת על המדיום הסופג אור מביא ליצירת גלים אולטרא-קוליים, אשר משנים את מבנה המיקרו של החומר. ניתן לשלב ניסוי עוצמת קרינה זה במדפסת SLM הקיימת בקלות במדפסת לייזר 3D. לוחות פלדה ללא פלדה שהמשטחים שלהם נחשפו לקרינת לייזר מווסתת עוצמה. לכן, טכנית, טיפול משטח לייזר נעשה. עם זאת, אם טיפול לייזר כזה מבוצע על פני כל שכבה, במהלך הצטברות שכבה אחר שכבה, מושגות השפעות על כל הנפח או על חלקים נבחרים של הנפח. במילים אחרות, אם החלק בנוי טיפול משטח של כל שכבה, טיפול לייזר שווה ערך לשכבה אחר שכבה.
בעוד שבטיפול אולטרסאונד מבוסס צופרים, האנרגיה האולטרסאונדית של גל הקול העומד מתפזרת בכל הרכיב, בעוד שהעוצמה האולטרסאונד המושרה על ידי הלייזר מרוכזת מאוד בסמוך לנקודה שבה נספגת קרינת הלייזר. שימוש בסונוטרוד במכונת היתוך של מיטת אבקה SLM מסובך מכיוון שהמשטח העליון של משטח הלייזר לא צריך להישאר תוספת מתח על מיטת הפודרה. משטח החלק. לפיכך, הלחץ האקוסטי קרוב לאפס ולמהירות החלקיקים יש משרעת מקסימלית על פני כל המשטח העליון של החלק. לחץ הקול בתוך כל הבריכה המותכת לא יכול לעלות על 0.1% מהלחץ המרבי שנוצר על ידי ראש הריתוך, מכיוון שאורך הגל של גלים קוליים בתדירות של 20 kHz פלדה\in\0m(ללא פלדה ב-\0m\text in sta\ 30m\p) th הוא בדרך כלל פחות מ-\(\sim 0.3~\text {mm}\). לכן, השפעת האולטרסאונד על הקוויטציה עשויה להיות קטנה.
יש לציין כי השימוש בקרינת לייזר מאופנת עוצמה בתצהיר ישיר של מתכת לייזר הוא אזור פעיל של מחקר35,36,37,38.
ההשפעה התרמית של קרינת לייזר על המדיום היא הבסיס כמעט לכל טכניקות הלייזר 39, 40 לעיבוד חומרים, כגון חיתוך41, ריתוך, התקשות, קידוח42, ניקוי משטחים, סגסוגת משטחים, ליטוש משטחים43 וכו'. המצאת הלייזר עוררה התפתחויות חדשות בטכניקות עיבוד חומרים, וסקירות ראשוניות, 44 תוצאות מונוגרפות, 44 מונוגרפים, 44 תוצאות ראשוניות.
יש לציין כי כל פעולה לא נייחת על המדיום, לרבות פעולת לייזר על המדיום הסופג, גורמת לעירור של גלים אקוסטיים בו ביעילות פחות או יותר. בתחילה התמקדה עיקרית עירור הלייזר של גלים בנוזלים ומנגנוני העירור התרמיים השונים של הקול (התפשטות תרמית, אידוי, שינוי נפח במהלך מעבר שלב, 4,4,4,4). s50, 51, 52 מספקים ניתוחים תיאורטיים של תהליך זה ויישומיו המעשיים האפשריים.
נושאים אלו נדונו לאחר מכן בכנסים שונים, ולעירור לייזר של אולטרסאונד יש יישומים הן ביישומים תעשייתיים של טכנולוגיית הלייזר53 והן ברפואה54. לפיכך, ניתן לשקול כי התפיסה הבסיסית של התהליך שבו פועל אור לייזר פועם על מדיום סופג. בדיקת לייזר קולית משמשת לזיהוי פגמים של SLM-5man.
ההשפעה של גלי הלם שנוצרו בלייזר על חומרים היא הבסיס של הלם הלם בלייזר57,58,59, המשמש גם לטיפול פני השטח של חלקים המיוצרים בתוספת 60. עם זאת, חיזוק זעזועים בלייזר הוא היעיל ביותר על פעימות לייזר ננו-שניות ומשטחים טעונים מכני (למשל, עם שכבת נוזל) 59 מכיוון שהעומס המכני עולה.
נערכו ניסויים כדי לחקור את ההשפעות האפשריות של שדות פיזיקליים שונים על המיקרו-מבנה של חומרים מוצקים. הדיאגרמה הפונקציונלית של מערך הניסוי מוצג באיור 1. נעשה שימוש בלייזר פועם של Nd:YAG במצב מוצק הפועל במצב ריצה חופשית (משך הדופק \(\tau _L \sim 150~\upmu denach) סדרת לייזר של פולס הועברה סדרת לייזר {s}. מערכת צלחות מפצל קרן. בהתאם לשילוב של מסנני צפיפות ניטרלית, אנרגיית הפולס על המטרה משתנה מ-\(E_L \sim 20~\text {mJ}\) ל-\(E_L \sim 100~\text {mJ}\). קרן הלייזר המוחזרת ממפצל האלומות מוזנת לצילום, מדדי צילום ותגובה ארוך. זמן העולה על \(1~\text {ms}\)) משמשים לקביעת התקרית למטרה ומשתקפת ממנה, ושני מדי הספק (פוטודיודות עם זמני תגובה קצרים\(<10~\text {ns}\)) לקביעת הספק אופטי תקרית ומשתקפת. מדי קלוריות ומדדי הספק כויל לתת ערכים ביחידות אבסולוטיות באמצעות גלאי thermopile-2 מתקן X-1D-2 וגלאי תרמופיל-2 מדגם X-2. ed במיקום הדוגמה. מיקוד הקרן אל המטרה באמצעות עדשה (ציפוי נגד השתקפות ב-\(1.06 \upmu \text {m}\), אורך מוקד \(160~\text {mm}\)) וקרן מותניים במשטח המטרה 60– \(100~\upmu\text {m}\).
תרשים סכמטי פונקציונלי של מערך הניסוי: 1-לייזר;2-קרן לייזר;3-מסנן צפיפות ניטרלי;4-פוטודיודה מסונכרנת;5-מפצל קורות;6-דיאפרגמה;7 - קלורימטר של קרן תקרית;8 - קלורימטר של קרן מוחזרת;9 - מד כוח קרן בולטת;10 - מד כוח קרן מוחזר;11 - עדשת מיקוד;12 - מראה;13 - מדגם;14 - מתמר פיזואלקטרי פס רחב;15 - ממיר דו מימדי;16 - מיקרו-בקר מיצוב;17 - יחידת סנכרון;18 – מערכת רכישה דיגיטלית רב ערוצית עם קצבי דגימה שונים;19 - מחשב אישי.
הטיפול האולטראסוני מתבצע כדלקמן. הלייזר פועל במצב ריצה חופשית;לכן משך דופק הלייזר הוא \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), המורכב ממספר משכי זמן של בערך \(1.5~\upmu \text {s } \) כל אחד. הצורה הזמנית של דופק הלייזר והספקטרום שלו מורכבים ממעטפת בתדר נמוך של תדירות ממוצעת ועם תדירות גבוהה,\בערך {0MH, עם תדר ממוצע,\בערך. }\), כפי שמוצג באיור 2.- מעטפת התדר מספקת את החימום ולאחר מכן ההיתוך והאידוי של החומר, בעוד שרכיב התדר הגבוה מספק את הרעידות האולטרסאונדיות עקב האפקט הפוטו-אקוסטי.צורת הגל של הפולס האולטראסוני שנוצר על ידי הלייזר נקבעת בעיקר על פי צורת עוצמת הזמן של פולס הלייזר.זה מ-\(7~\text {kHz}\) ל-\ (2~\text {MHz}\), והתדר המרכזי הוא \(~ 0.7~\text {MHz}\). פולסים אקוסטיים עקב האפקט הפוטו-אקוסטי תועדו באמצעות מתמרים פיזואלקטריים רחב-פס העשויים מפוליווינילידן עם צורת פלואוריד. פעימות הלייזר אופייניות ללייזר במצב חופשי.
התפלגות טמפורלית של עוצמת דופק הלייזר (א) ומהירות הקול במשטח האחורי של הדגימה (ב), ספקטרום של דופק לייזר (ג) ודופק קולי (ד) בממוצע מעל 300 פולסי לייזר (עקומה אדומה) עבור דופק לייזר בודד (עקומה כחולה).
אנו יכולים להבחין בבירור בין מרכיבי התדר הנמוך והתדר הגבוה של הטיפול האקוסטי התואם את מעטפת התדר הנמוך של דופק הלייזר והאפנון בתדר גבוה, בהתאמה. אורכי הגל של הגלים האקוסטיים הנוצרים על ידי מעטפת פעימת הלייזר עולים על \(40~\text {cm}\);לכן, צפויה ההשפעה העיקרית של רכיבי התדר הגבוה בפס רחב של האות האקוסטי על המיקרו-מבנה.
התהליכים הפיזיקליים ב-SLM הם מורכבים ומתרחשים בו-זמנית בקנה מידה מרחבי וזמני שונים. לפיכך, שיטות מרובות קנה מידה מתאימות ביותר לניתוח תיאורטי של SLM. מודלים מתמטיים צריכים להיות בתחילה רב-פיזיקליים. המכניקה והתרמופיזיקה של מדיום רב-פאזי "המסה נוזלית-מוצק" המתארת ​​אינטראקציה עם חומר גז אינרטי באטמוספירה אפקטיבית של SLM. ס.
קצבי חימום וקירור עד \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ עקב הקרנת לייזר מקומית עם צפיפות הספק של עד \(10^{13}~\text {W} ס"מ}^2\).
מחזור ההיתוך-התמצקות נמשך בין 1 ל-\(10~\text {ms}\), מה שתורם להתמצקות המהירה של אזור ההיתוך במהלך הקירור.
חימום מהיר של משטח המדגם גורם להיווצרות מתחים תרמו-אלסטיים גבוהים בשכבת פני השטח. חלק מספק (עד 20%) משכבת ​​האבקה מתאדה בחוזקה63, מה שגורם לעומס לחץ נוסף על פני השטח בתגובה לאבלציה בלייזר. כתוצאה מכך, המתח המושרה מעוות באופן משמעותי את הגיאומטריה הגבוהה של התמיכה של החלק, במיוחד בקצב החום הגבוה של הלייזר. חישול מביא ליצירת גלי מתח אולטרסאונד המתפשטים מהמשטח אל המצע. על מנת לקבל נתונים כמותיים מדויקים על המתח המקומי והתפלגות המתחים, מתבצעת הדמיה מזוסקופית של בעיית הדפורמציה האלסטית המצומדת להעברת חום ומסה.
המשוואות השולטות במודל כוללות (1) משוואות העברת חום לא יציבה שבהן מוליכות תרמית תלויה במצב פאזה (אבקה, נמס, פולי-גבישי) וטמפרטורה, (2) תנודות בדפורמציה אלסטית לאחר אבלציה רציפה ומשוואת התפשטות תרמו-אלסטית. בעיית ערך הגבול נקבעת על ידי תנאי לייזר מגניב מוגדר על חילופי חום ניסוייים ומוגדרים. שטף האידוי. שטף המסה מוגדר על סמך חישוב לחץ האדים הרווי של החומר המתאדה. מערכת היחסים המתח-המתח האלסטופלסטי משמשת כאשר המתח התרמו-אלסטי הוא פרופורציונלי להפרש הטמפרטורה. עבור הספק נומינלי \(300~\text {W}\), תדירות \(10^5~\text\text\(10^5~\text) \(10^5~\text\text {10^5~\text) {m}\ ) של קוטר הקורה האפקטיבי.
איור 3 מציג את התוצאות של הדמיה מספרית של האזור המותך באמצעות מודל מתמטי מקרוסקופי. קוטר אזור ההיתוך הוא \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) רדיוס) ו-\(40~\upmu \text {m}\) \text {m}\) תוצאות הסימולציה של פני השטח מראים כי תוצאות הסימולציה של השטח {0 מקומיות מראה כי {0 תוצאות הטמפרטורה המקומיות של \~ K(0). }\) בשל הגורם המפסק הגבוה של אפנון הפולסים. קצבי החימום \(V_h\) ו-\(V_c\) החימום הם בסדר גודל של \(10^7\) ו-\(10^6~\text {K}/\text {s}\), בהתאמה. ערכים אלה עומדים בהתאמה טובה עם התוצאות המהירה של \(V_c\de) עם התוצאות הקודמות של \(V_h)\de. התחממות יתר של שכבת פני השטח, כאשר ההולכה התרמית למצע אינה מספקת כדי להסיר את החום. לכן, ב-\(t=26~\upmu \text {s}\) טמפרטורת פני השטח מגיעה לשיא של \(4800~\text {K}\). אידוי נמרץ של החומר עלול לגרום לקילוף משטח המדגם להיות נתון ללחץ מוגזם.
תוצאות סימולציה מספרית של אזור התכה של חישול פולס לייזר בודד על צלחת דגימה של 316L. הזמן מתחילת הפולס ועד לעומק הבריכה המותכת להגיע לערך המקסימלי הוא \(180~\upmu\text {s}\). האיזותרמי\(T = T_L = 1723~(\טקסט בין הקווים הנוזליים {K}\) מייצגים את קווי הפאזה המוצקים. ) תואמים למתח הניב המחושב כפונקציה של הטמפרטורה בסעיף הבא. לכן, בתחום שבין שני האיזולינים (איזותרמים\(T=T_L\) ואיזוברים\(\sigma =\sigma _V(T)\)), השלב המוצק נתון לעומסים מכניים חזקים, שעלולים להוביל לשינויים במבנה המיקרו.
אפקט זה מוסבר עוד באיור 4a, שבו רמת הלחץ באזור המותך משורטטת כפונקציה של זמן ומרחק מהמשטח. ראשית, התנהגות הלחץ קשורה לאפונון של עוצמת דופק הלייזר המתוארת באיור 2 לעיל. לחץ מקסימלי \text{s}\) של בערך \(10~\text {MPa}\) נצפה ב-fluctu=26 של הלחץ המקומי בשעה fluctu=26. לנקודת בקרה יש את אותם מאפייני תנודה כמו התדר של \(500~\text {kHz}\). משמעות הדבר היא שגלי לחץ אולטרסאונד נוצרים על פני השטח ולאחר מכן מתפשטים לתוך המצע.
המאפיינים המחושבים של אזור הדפורמציה ליד אזור ההיתוך מוצגים באיור 4b. אבלציה בלייזר ומתח תרמו-אלסטי מייצרים גלי דפורמציה אלסטיים המתפשטים לתוך המצע. כפי שניתן לראות מהאיור, ישנם שני שלבים של יצירת מתח. במהלך השלב הראשון של \(t < 40~\upmu \text\text {s\}, הלחץ \text {s\} עולה דומה ללחץ פני השטח. מתח זה מתרחש עקב אבלציה בלייזר, ולא נצפה לחץ תרמו-אלסטי בנקודות הבקרה מכיוון שהאזור ההתחלתי שנפגע בחום היה קטן מדי. כאשר חום מתפזר לתוך המצע, נקודת הבקרה יוצרת מתח תרמו-אלסטי גבוה מעל \(40~\text {MPa}\).
לרמות הלחץ המווסתות המתקבלות יש השפעה משמעותית על ממשק מוצק-נוזל ועשויות להיות מנגנון הבקרה השולט בנתיב ההתמצקות. גודל אזור העיוות גדול פי 2 עד 3 מזה של אזור ההיתוך. כפי שמוצג באיור 3, המיקום של איזותרמית ההיתוך ורמת הלחץ השווה לעומס התנובה מושווה עם קוטר לייזר מכני גבוה עם קוטר מכני גבוה. בין 300 ל-\(800~\upmu \text {m}\) בהתאם לזמן המיידי.
לכן, המודולציה המורכבת של חישול הלייזר הדופק מובילה לאפקט האולטראסוני. מסלול בחירת המיקרו-מבנה שונה בהשוואה ל-SLM ללא טעינה קולית. אזורים לא יציבים מעוותים מובילים למחזורים תקופתיים של דחיסה ומתיחה בשלב המוצק. לפיכך, היווצרותם של גבולות גרגרים חדשים וגבולות תת-גרגרים נהייתה ניתנת לשינוי, כפי שניתן להראות להלן. מסקנות מספקות את האפשרות לתכנן אב טיפוס SLM המונחה על אפנון דופק. במקרה זה, ניתן לשלול את המשרן הפיאזואלקטרי 26 המשמש במקומות אחרים.
(א) לחץ כפונקציה של זמן, מחושב במרחקים שונים מהמשטח 0, 20 ו-\(40~\upmu \text {m}\) לאורך ציר הסימטריה. (ב) מתח Von Mises תלוי-זמן מחושב במטריצה ​​מוצקה במרחקים 70, 120 ו-\(170~\upmu \text{m}\) מהמשטח { מדגם.
בוצעו ניסויים על לוחות נירוסטה AISI 321H עם מידות \(20\xxxxxx 5~\text {mm}\). לאחר כל פעימת לייזר, הצלחת זזה \(50~\upmu \text {m}\), ומותני קרן הלייזר על משטח המטרה הם בערך \(100~\upmu בוצעו ב-\text repasse in secing tracks to secundus\text re in secundus). התכה של החומר המעובד עבור עידון תבואה.בכל המקרים, האזור המומס מחדש עבר צלילים, בהתאם למרכיב התנודתי של קרינת הלייזר. זה גורם להפחתה של יותר מפי 5 בשטח התבואה הממוצע. איור 5 מראה כיצד מבנה המיקרו של האזור המומס בלייזר משתנה עם מספר מחזורי ההמסה מחדש (עוברים).
עלילות משנה (a,d,g,j) ו-(b,e,h,k) - מבנה מיקרו של אזורים מותכים בלייזר, תת עלילות (c,f,i,l) - חלוקת שטח של גרגירים צבעוניים.הצללה מייצגת את החלקיקים המשמשים לחישוב ההיסטוגרמה. הצבעים תואמים לאזורי גרגר (ראה פס הצבעים בחלק העליון של ההיסטוגרמה. עלילות משנה (ac) מתאימות לפלדת אל-חלד לא מטופלת, ועלילות המשנה (df), (gi), (jl) מתאימות ל-1, 3 ו-5 resmelts.
מכיוון שאנרגיית פעימת הלייזר אינה משתנה בין מעברים עוקבים, עומק האזור המותך זהה. לפיכך, הערוץ העוקב "מכסה" לחלוטין את הקודם. עם זאת, ההיסטוגרמה מראה ששטח הגרגר הממוצע והחציוני יורד עם מספר מעברים עולה. זה עשוי להצביע על כך שהלייזר פועל על המצע ולא על ההמסה.
עידון התבואה עלול להיגרם כתוצאה מקירור מהיר של הבריכה המותכת65. ערכת ניסויים נוספת בוצעה שבה המשטחים של לוחות נירוסטה (321H ו-316L) נחשפו לקרינת לייזר גל מתמשכת באטמוספירה (איור 6) ולוואקום (איור 7). הספק הלייזר הממוצע של 100 W ו-dep בהתאמה לניסוי הניסוי הוא קרוב ל-100 W ו-dep. הלייזר Nd:YAG במצב ריצה חופשית. עם זאת, נצפה מבנה עמודי טיפוסי.
מבנה מיקרו של האזור המומס בלייזר של לייזר גל מתמשך (הספק קבוע של 300 W, מהירות סריקה של 200 מ"מ לשנייה, נירוסטה AISI 321H).
(א) מיקרו-מבנה ו-(ב) תמונות פיזור לאחור של אלקטרונים של האזור המומס בלייזר בוואקום עם לייזר גל מתמשך (הספק קבוע של 100 W, מהירות סריקה של 200 מ"מ/שניה, פלדת אל-חלד AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
לכן, הוכח בבירור שלאפנון המורכב של עוצמת פעימות הלייזר יש השפעה משמעותית על המיקרו-מבנה המתקבל. אנו מאמינים שהאפקט הזה הוא מכני באופיו ומתרחש עקב יצירת רעידות קוליות המתפשטות מהמשטח המוקרן של ההמסה עמוק לתוך הדגימה. תוצאות דומות התקבלו ב-13, 26, 66, 34, 34, 34, 34, 34, 34, 34, 2000, 13, 26, 34, 6, 7 אולטרסאונד עוצמתי בחומרים שונים כולל סגסוגת Ti-6Al-4V 26 ונירוסטה 34 התוצאה של. המנגנון האפשרי מוערך כדלקמן. אולטרסאונד אינטנסיבי יכול לגרום לקוויטציה אקוסטית, כפי שהודגם בהדמיית סינכרוטרון אולטרה-מהירה באתרו. קריסת בועות הקוויטציה בתורן מייצרות גלי הלם בלחץ {\0; )69.גלי הלם כאלה עשויים להיות חזקים מספיק כדי לקדם היווצרות של גרעיני שלב מוצק בגודל קריטי בנוזלים בתפזורת, לשבש את מבנה הגרגר העמודי האופייני של ייצור תוספים שכבה אחר שכבה.
כאן, אנו מציעים מנגנון נוסף שאחראי לשינוי מבני על ידי קולי אינטנסיבי. מיד לאחר התמצקות, החומר נמצא בטמפרטורה גבוהה קרוב לנקודת ההיתוך ובעל מתח תנובה נמוך במיוחד. גלים קוליים עזים יכולים לגרום לזרימה פלסטית לשנות את מבנה הגרגירים של החומר החם, רק התמצק. עם זאת, נתונים ניסיוניים אמינים זמינים בתנאי טמפרטורה {K}\) (ראה איור 8). לכן, כדי לבדוק השערה זו, ביצענו סימולציות של דינמיקה מולקולרית (MD) של הרכב Fe-Cr-Ni בדומה לפלדה AISI 316 L על מנת להעריך את התנהגות מתח התנובה בסמוך לנקודת ההיתוך. כדי לחשב את מתח התנובה, השתמשנו בטכניקת MD shear 1,70 relasion 1,7. חישובי אינטראקציה, השתמשנו במודל האטומי המשובץ (EAM) מ-74. MD סימולציות בוצעו באמצעות קודי LAMMPS 75,76. פרטי הדמיות MD יפורסמו במקום אחר. תוצאות חישוב ה-MD של מתח התשואה כפונקציה של הטמפרטורה מוצגות באיור.
מתח תפוקה עבור נירוסטה austenitic AISI דרגה 316 והרכב דגם מול טמפרטורה עבור סימולציות MD. מדידות ניסיוניות מהפניות: (א) 77, (ב) 78, (ג) 79, (ד) 80, (ה) 81. עיין ב.(f)82 הוא מודל אמפירי של מדידת מאמץ בלחץ אדם בזמן-תלות בלחץ אדם. facturing. התוצאות של סימולציות MD בקנה מידה גדול במחקר זה מסומנות כ-\(\vartriangleleft\) עבור גביש יחיד אינסופי נטול פגמים ו-\(\vartriangleright\) עבור גרגרים סופיים תוך התחשבות בגודל הגרגיר הממוצע באמצעות היחס Hall-Petch Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}\).
ניתן לראות שב-\(T>1500~\text {K}\) מתח הניב יורד מתחת ל-\(40~\text {MPa}\). מאידך, ההערכות חוזות שהמשרעת האולטרסאונד הנוצרת בלייזר עולה על \(40~\text {MPa}\) (ראה איור. 4b), שמספיקה זרימה של חומר מוצק בדיוק כדי לגרום לחומר מוצק.
היווצרות המיקרו-מבנה של 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) נירוסטה אוסטניטית במהלך SLM נחקרה בניסוי באמצעות מקור לייזר פועם בעוצמה מורכבת.
נמצאה הפחתת גודל גרגירים באזור התכת הלייזר עקב התכה מתמשכת בלייזר לאחר 1, 3 או 5 מעברים.
דוגמנות מקרוסקופית מראה שהגודל המשוער של האזור שבו עיוות קולי עשוי להשפיע באופן חיובי על חזית ההתמצקות הוא עד \(1~\text {mm}\).
מודל ה-MD המיקרוסקופי מראה כי חוזק התפוקה של פלדת אל חלד austenitic AISI 316 מופחת באופן משמעותי ל-\(40~\text {MPa}\) ליד נקודת ההיתוך.
התוצאות שהתקבלו מציעות שיטה לבקרת מבנה המיקרו של חומרים באמצעות עיבוד לייזר מאופנן מורכב ויכולות לשמש בסיס ליצירת שינויים חדשים בטכניקת ה-SLM הדופק.
Liu, Y. et al. אבולוציה מיקרו-מבנית ותכונות מכניות של חומרים מרוכבים TiB2/AlSi10Mg באתרו על ידי התכה סלקטיבית בלייזר [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. הנדסת גבול גרגרים מחדש של התכה סלקטיבית בלייזר של פלדת אל חלד 316L [J].Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. פיתוח באתרו של מבני כריכים עם משיכות משופרת על ידי חימום מחדש בלייזר של סגסוגות טיטניום מותכות בלייזר.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.ייצור תוסף של חלקי Ti-6Al-4V על ידי שקיעת מתכת בלייזר (LMD): תהליך, מבנה מיקרו ותכונות מכניות.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. מודלים מיקרוסטרוליים של שקיעת אנרגיה מכוונת אבקת מתכת לייזר של 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 Imaging Study of Additively Manufaced samples שטופלו על ידי Laser Shock Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Gradient microstructure ומאפיינים מכניים של Ti-6Al-4V מיוצרים באופן תוסף על ידי המסת קרן אלקטרונים.Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).