Gratias tibi pro adire Nature.com.The browser version you are using has limited support for CSS.For the best experience, commendamus te utere navigatro renovato (vel modus convenientiae averte in Internet Explorer). Interea, ut continua subsidia cures, locum sine stilo et JavaScript ostendemus.
Nova mechanismus fundatur in laser selectivo liquefacto ad moderandum microstructura productorum in processu fabricando proponitur. Mechanismus innititur generationi altioris intensionis fluctus ultrasonicos in stagno liquido per intensionem laseris irradiationis multipliciter modulatae. Experimentalia studia et simulationes numerales ostendunt hanc potestatem mechanismum technice posse fieri et efficaciter in laser machinas dissolvi posse.
Additiva fabricatio (AM) partium complexionum in recentibus decenniis signanter crevit. Quamquam varietas processus fabricandi additivorum, inter selectiva laser liquescens (SLM) 1,2,3, directa depositionis laseris metalli 4,5,6, electronici trabes liquescens 7,8 et alii 9, 10, partes possunt esse defectivae. Hoc maxime accidit propter peculiares notas calefactionis cycli scelerisque s in liquefactione et dissolutione materiae11, quae ad epitaxialem frumenti incrementum et porositatem significant 12,13.Eventus ostendunt, necesse esse gradationes thermas, refrigerare, et mixturam compositionis regere, vel etiam impulsus physicos per campos externas variarum proprietatum (exempli gratia ultrasound) applicare ad structuras frumentarias aequandas.
Multae publicationes versantur de effectu vibrationis tractationis de solidificatione processus in processibus emissionis conventionalibus 14,15. Tamen, applicando agrum externum ad mole liquefactum, non efficit desideratam materiam microstructuram. Si volumen fluidi temporis exiguum est, condicio dramatically mutat. In hoc casu, campus externus signanter afficit processum solidificationis. Electromagnetici effectus sunt considerati in campis acousticis, intensioribus acousticis, 16, 22, 27, 18, 25, Excitatio 28 et oscillatio 29, plasma arcuum 30,31 et aliae methodi 32 pulsus. Attach subiectae utens fontem externum intensionem ultrasonum (ad 20 kHz). Expolitio grani ultrasoundi adductus tribuitur zonae compositionis auctae propter clivum temperatum reductum et ultrasonum amplificationem ad novam cristallitis generandam per cavitatem.
In hoc opere quaesivimus facultatem mutandi grani structuram austeniticam immaculatam chalybem sonicando piscinam liquidam cum undis integris ex ipso laseris liquefactione generatis. Intensio modulatio radiorum laseris incidentis in lucem absorbens medium consequitur in generatione ultrasonicum fluctuum, quae microstructuram materialium mutatur. Haec intensio in opere lasericae radiorum SLM 3 cuius experimenta facile perfici possunt in laminae radiorum SLM. s expositae sunt vehementiae radiorum laseris modulatae. Ita technice curatio laseris fit. Sed si talis curatio laser in superficie uniuscuiusque tabulatis agitur, in strato aedificato, effectus in toto volumine vel in partes selectae voluminis perficiuntur. In aliis verbis, si pars iacuit iacuit construitur, curatio laser superficiei cuiuslibet voluminis aequiparatur".
Cum in ultrasonico cornu substructio ultrasonica justo, ultrasonica energia stantis soni fluctuum per totum componente distribuitur, dum laser inductus ultrasonic intensio valde compactus est circa punctum ubi radiatio laser absorbetur. Sonotrode in SLM pulveris strati fusionis apparatus complicata est, quia summa superficies pulveris lecti in summo radiorum laser exposita remanet, non est in parte enixus. Nihil est, in summo, non est accentus acoralis. prope nulla et particula velocitatis maximam amplitudinem habet in tota superficiei summae partis. Sonus pressionis intra totum stagnum liquescens non potest excedere 0,1% maximae pressionis a capite glutino generatae, quia fluctuum ultrasonicum fluctuum frequentia 20 kHz in ferro immaculato est \(\sim 0.3~\ text {m}\), et profunditas ultrasim{\m}{\}{ text. parvum.
Animadvertendum est quod usus radiorum laseris intensioris modulatae in depositione metalli directi laseris est activa area investigationis 35, 36, 37,38.
Effectus thermarum radiorum laseris in medio incidentis fundamentum est omnium fere artium laserarum 39, 40 processus materialis, ut sectio 41, glutino, obduratio, exercitatio 42, superficies purgatio, superficies commixtio, superficies expolitio 43, etc. Inventio laseris novas progressus in technicis materialibus excitavit, et praeliminares eventus in multis recensionibus et monographis digesti sunt.
Animadvertendum est quod quaelibet actio non stationaria in medio, incluso actione laserationis in medio absorbentis, consequitur excitationem acousticorum fluctuum in eo cum plus minusve efficientia. Initio, focus principalis fuit in laser excitatione fluctuum in liquidis et variae excitationis scelerisque mechanismi soni (extensionis, evaporationis, voluminis 52 mutationis in periodo 47, 48, 51, 49. processus et eius applicationes possibiles.
Hae quaestiones postea in variis colloquiis agitatae sunt, et laser excitatio ultrasonum applicationes habet in applicationibus sive applicationibus industriae laser technologiae 53 et medicina54. Propterea considerari potest praecipuam notionem processus, quo lux laser pulsatur in medium absorbentis stabilitum. Laser ultrasonica inspectione adhibetur pro defectu detectionis SLM-fabricatorum exempla 55,56.
Effectus impulsus laser-generatae fluctuum in materiarum est fundamentum concussionis laseris peening57,58,59, qui etiam adhibetur ad tractationem superficiei partium factorum additive 60. Incursu tamen laser confirmans efficacissimum est in pulsibus laseris nanosecond et superficiebus mechanice oneratis (exempli gratia cum iacu liquoris) 59 quia oneratio mechanica ad apicem pressurae augetur.
Experimenta deducebantur ad effectus possibilis variarum agrorum physicarum in microstructura solidificatarum materiarum. Tabula functionis experimentalis ostensa est in Figura 1. A pulsu Nd:YAG solidi status laser operantis in libero currenti modo (pulsus durationis \(\tau _L \sim 150~\upmu \text{s}\ )) usus est. Quaelibet series laseris in libero currenti modo operans (pulsus durationis \(\tau _L \sim 150~\upmu \text{s}\ )) usus est. Quaelibet series laser pressionis neutrarum pulsus in modum densitatis (\tau _L \sim 150~\upmu \text{s}\ ) usus. tatis Filtra, energia pulsus in scopo variat ab \(E_L \sim 20~\text{mJ}\) ad \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). The laser radius reflexus e trabe SCHISMATICUS in photodiode pro notitia simultanea acquirendi, et duo calorimetri (photodiodes longi responsionis s{mJ}\){\{\}{) . potentia metra (photodiodes cum brevibus responsionibus temporibus \(<10~\text{ns}\)) incidentes et reflexi potentiae opticae determinandae. Calorimeters et metra potentia calibrata sunt ut valores in absolutis unitatibus utentes thermopile detector Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 et specula dielectrica in loco sample statis.Focus lens \\{\\(0}) scopo utens in scopum ad \(0\\\(06} , speculam dielectricam ascendens in loco. longitudo \(160~\text{mm}\)) et trabes lumbi in superficie scopo 60- \(100~\upmu\text{m}\).
Schematismum functionis schematisi experimentalis paroecialis: 1-laser;2—laser beam;3—neutrae densitatis sparguntur;4-synchronised photodiode;trabes SCHISMATICUS 5-;6—diaphragm;7-calometer of trabs incidentes ;8 - calorimeter radius reflexi;9 - trabes incidentes potentiae metri;10 — reflexa metri potentia trabes;11 - lens positus;12 – Speculum;1314 - transducer piezoelectric;15 - 2D convertens;16 - positioning microcontroller.17. Synchronisatio unitatis;18 - Multi-canale digitalis acquirendi ratio cum variis sampling rates;19 – computatrum personale.
Curatio ultrasonica sic se habet. Laser operatur in libero currit modo;ergo duratio pulsus laseris est \(\tau _L \sim 150~\upmu \text{s}\), quae ex multiplicibus durationibus circa \(1.5~\upmu \text{s} \) sulum. Forma temporalis pulsus laser et spectrum ejus in involucro humili et frequentia modulationis altae constant, cum media frequentia de \(0.}\{0.) frequentia (0. MH. ) . et sequens liquefactio et evaporatio materiae, dum magna frequentia componentia praebet ultrasonicas vibrationes propter effectum photoacousticum. Fluctus ultrasonic pulsus laser generatus maxime determinatur tempore figurae pulsus laseris intensio.It is from \(7~\text {kHz}\) to \ (2~\text {MHz}\), and the center frequency is \(~ 0.7~\text {MHz}\).Acoustic pulses due to the photoacoustic effect were recorded using broadband piezoelectric transducers made of polyvinylidene fluoride films.The recorded waveform and its spectrum are shown in Figure 2.It should be noted that the shape of the laser pulses is typical of a free-running mode laser.
Temporalis distributio pulsus laseris intensio (a) et celeritas soni in superficie aversa exempli (b), spectra pulsus laser (c) et pulsuum ultrasonicum (d) Curabitur super 300 pulsus laser (curva rubra) pro uno pulsus laseris (curva caerulea).
Aperte distinguere possumus humilem frequentiam ac frequentiam partium acousticorum curationi respondentium humili frequentiae involucro pulsus laser ac frequentiae modulationis altae, respective. Fluctus acousticorum aequalitates ex laseris pulsus involucro generatae (40~\text{cm}\);ergo praecipuus effectus broadband interretialis frequentiae componentium acoustici signum in microstructura expectatur.
Processus physicae in SLM implicatae sunt et simul in diversis spatiis et squamis temporalibus occurrunt. Multimodi ergo methodi aptissima sunt ad theoreticam analysim SLM. Exempla Mathematica initio multi-physica esse debent. Mechanica et thermophysicae multiphasi medii "solidi-liquidi liquefacti" correspondentes cum iners gas atmosphaerae tunc efficaciter describi possunt. Notae thermarum in SLM describi possunt.
Rates calefacere et refrigerare usque ad \(10^6~\textum {K}/\text{s}\) /\text{ propter laseris irradiationem locales cum densitatibus potentiarum usque ad \(10^{13}~\text{W}cm}^2\).
Solidificatio cycli liquefactionis durat inter 1 et \(10~\textum {ms}\), quod confert celeri solidificatione zonae liquescentis in refrigerando.
Celeri calefactio superficiei specimen consequitur in formatione magni thermoelastici extollit in strato superficiei. Sufficit (usque ad 20%) portio pulveris iacui valde evaporata est 63, quae consequitur pressionis additam in superficie in responsione laser ablation. Consequenter intentio inducta insigniter detorquet partem geometriae, praesertim prope subsidia et tenuia generationis elementa. Exaltatio calefactionis in superficie pressionis in responsione laser ablation. . Ut accurate obtineatur notitia quantitatis in loci distributione accentus et cola, simulatio mesoscopica quaestionis deformationis elasticae coniugatae calori et massae cum translatione perficitur.
Aequationes moderantes exemplar includunt (1) inconstans calor translatio aequationum ubi scelerisque conductivity dependet in statu phase (pulveris, liquescentia, polycrystallina) et temperatura, (2) fluctuationes in deformatione elasticae post continuam ablationem et thermoelasticam expansionem aequationem. Terminus valoris problematum experimentalibus conditionibus determinatur. Fluxus laser modulatus definitur in magnitudine exempli. Fluctuationes in elastica deformatione post continuam ablationem et thermoelasticam aequationem. materia evaporationis. Coactio-strain elastoplastica relatio adhibetur ubi accentus thermoelasticus proportionalis est ad differentiam temperaturae. Nam potentia nominalis \(300~\text{W}\), frequentia \(10^5~\text {Hz}\), coëfficientia intermittentes 100 et \(200~\upmu \text{m}\ ) trabi diametri effectivi.
Figura 3 eventus simulationis numeralis zonae fusilis utens exemplar mathematicum macroscopicum ostendit. Diameter fusionis zona est \(200~\upmu \text{m}\) (\(100~\upmu \text{m}\) radii) et \(40~\upmu \text{m}\) profunditas. Simulatio eventus monstrant superficies temperaturae localiter modulatione \{K}) factorem temperaturae loco intermittentes {K}) factorem caloris localiter variare. tes \(V_h\) et refrigerationem \(V_c\) rates in ordine \(10^7\) et \(10^6~\text {K}/\text{s}\), respective. Hi valores in bono concordantia cum priori analysis64. Ordo magnitudinis differentiae inter \(V_h\) et \(V_c\) text{K}/\text{s}\, respectively. Hi valores in bono concordantiae cum antecedente analysi64. Ordo magnitudinis differentiae inter \(V_h\) et \(V_c\) insufficiens superficiei ad removendum calorem calefactionis. 26~\upmu \text{s}\) cacumina superficiei temperaturae tam alta quam \(4800~\text{K}\).Vigorem materiae evaporationem causare potest superficies specimen pressioni nimiae subjici et decerpere.
Proventus simulatio numeralis zonam liquefacientis unius laseris venae annales in 316L laminae specimen. Tempus ab initio pulsus ad altitudinem piscinae fusilis attingens maximum valorem est \(180~\upmu\text{s}\). Isotherm\(T = T_L = 1723~\textus {K}\) designat terminum inter liquorem et solidum in augmentis. dominium inter duas isolinas (isotherms(T=T_L\) et isobars(\sigma =\sigma _V(T)\)), pars solida oneribus mechanicis validis subiecta est, quae mutationes in microstructuram inducere possunt.
Hic effectus ulterius explicatur in Figura 4a, ubi pressionis gradus in zona fusili machinatur ut functionem temporis et distantiae a superficie. Primo, pressionis morum se habet ad modulationem laseris pulsus intensio descriptus in Figura 2 supra. Maxima pressionis \text{s}\) circa \(10~\textus {MPa}\) observata est circa localem \(t=26~\ modum pressionis pressionis). frequentia \(500~\text{kHz}\).Hoc significat quod fluctus pressura ultrasonica in superficie generantur et deinde in subiectum propagantur.
Notae calculatae deformationis zonae prope zonam liquescens in Fig. 4b. Laser ablatio et accentus thermoelasticus generant fluctus deformationem elasticam in substratum propagantes. Sicut ex figura videri potest, duo gradus generationis accentus sunt. Prima periodus \(t <40~\upmu \text {s}\) elastici in modum pressionis oritur. laser ablatio, et nulla vis thermoelastica in punctorum dicione observata est, quia zona initialis calor affectata nimis erat parva. Cum calor in subiectum dissipatur, punctum imperium generat accentus thermoelasticus supra \(40~\text {MPa}\).
Graduum accentus modulatus adeptus notabilem habent ictum in solido liquido interface et potest esse moderatio mechanismi gubernandi solidificationis path. Magnitudo deformationis zonae 2 ad 3 tempora maior est quam zonae liquescentis. Ut in Figura 3, locus isotherm liquescens et accentus aequalis aequalis cessuri accentus comparatur. Hoc significat quod pulsus diametrum \800m \DCCC m in locis altis cum oneribus \(DCCC\) 300 mu\(DCCC\ (800}) (DCCC m\(DCCC}); ) secundum momentaneum tempus.
Complicata igitur modulatio pulsus laseris furnum ducit ad effectum ultrasonicum. Microstructura lectio via differt si comparetur ad SLM sine ultrasonica loading. Regiones instabiles ducunt ad periodicos cyclos compressionis et tendens in solido phase. Sic formatio novorum finium frumenti et limitum subgrainatorum fit factibilis. Ergo intentio mutatur, ut conclusio, sicut conclusio possibilis, possibilitas demonstratur. ultrasound agitatae SLM prototypum. In hoc casu, piezoelectric inductor 26 alibi adhibitus excludi potest.
(a) Pressura pro temporis functione, quae diversis distantiis a superficie 0, 20 et \(40~\upmu \text{m}\) secundum axem symmetriae computata est. (b) Tempus-dependens Von Mises vis in solida matrice in distantiis 70, 120 et \(170~\upmu \text{m}\) computata.
Experimenta fiebant in AISI 321H laminas chalybe immaculatas cum dimensionibus \(20\times 20\text{mm}\). Post singulas pulsus laser, bractea movet \(50~\upmu \text{m}\), et trabes laseris in scopo superficiei circiter \(100~\upmu \text{m}\). zona dissoluta sonicata erat secundum oscillatorium radiorum laseris. Hic proventus plus quam 5-plicare in area mediocris grani. Figura 5 ostendit quomodo microstructura regionis laser-liquatae cum numero cyclorum dissoluentium subsequentium mutatur.
Subplota (a,d,g,j) et (b, e, h, k) — microstructura laser regionum liquefacta, subplota (c, f, i, l) — area granorum coloratorum distributio.Shading particulas ad histogrammum computandum repraesentat. Colores regionum frumenti respondent (vide color bar in summo histogrami. Subplotae (ac) correspondent ferro immaculato increato, et subplotae (df), (gi), (jl) correspondent 1 3 et 5 remelts.
Cum laser pulsus energiae inter subsequentes transitum non mutat, profunditas zonae fusilis eadem est. Ideo sequens alveus priorem omnino "tegit". Histogramma tamen medium et medianum grani aream decrescat cum accessionibus augentibus. Hoc indicare potest laser in subiecto potius quam liquefacere.
Frumenti elegantia causari potest ex celeri refrigeratione piscinae fusilis 65. Alia experimentorum copia elata est in qua superficies laminae ferreae immaculatae (321H et 316L) patebant continuae radiorum laseris undarum in atmosphaera (Fig. 6) et vacuum (Fig. 7). Laser potentiae mediocris (300 W et 100 W, respective) et liquatae profunditates liquatae sunt proximae ad experimentum .G.G. .
Microstructura regionis laseris liquefactae laseris undae continui (300 W vis constantis, celeritas scan 200 mm/s, AISI 321H chalybe immaculata).
(a) Microstructura et (b) electronica backscatter diffractionem imaginum regionis laseris liquefactae in vacuo cum laseris unda continua (C potentia constanti W, celeritas scan 200 mm/s, AISI 316L chalybe immaculata) (\sim 2~\text {mbar}\).
Patet ergo quod multiplex modulatio laseris pulsus intensionem significantem effectum in microstructure consequens habet. Credimus hunc effectum in natura mechanicum esse et ob generationem ultrasonicarum vibrationum propagationem ex irradiata superficie fundi in altum in sample. Similis eventus consecutus est in 13, 26, 34, 66, 67 usus piezo-electrici in natura exteriori et per 26-66-6-6-6-6-6-6-6-6-66-6-6-6-6-6-6-6-66-6-6-6-6-6-66-66-6-66-6-66-6-6-66-6-6-66-6-66-6-66-6-6) varias materias et ultrasonicas superfluas materias. .Mechanismus possibilis hoc modo speculatur. Intensa ultrasonus acousticam cavitatem causare potest, sicut in ultrafast in situ synchrotron X-radii imaging demonstratum. Lapsus cavationis bullae in motu fluctuum in materia fusili generat, cuius pressionis anterior circa \(100~\textus {MPa}\) 69. Talis incursus nuclei nuclei rudium in solida structurarum structurarum structurarum structurarum nuclei solidarum structurarum structurae structurae nuclei solidae structurae nuclei rudium incursus generat, quorum anterior pressio circa \(100~\textus {MPa}\) -by-ELOGIUM vestibulum accumsan.
Hic proponimus aliam mechanismum responsalem modificationis structurae per intensam sonication. Statim post solidificationem materia est caliditas proxima ad punctum liquescens et habet nimis humilem cede accentus. Fluctus ultrasonicus intensius efficere potest plastic fluxum ut granum structurae calidae, iusta solidificatae materiae mutet. Sed certa experimentalis notitia a temperaturae dependentia cedere accentus in promptu sunt ad \(T\{\}) (T\{\}) (T\{\^}) (T\{\}) (T\{\}) (T\{\}) (T\{){\^) (T\{\}) (T\{)(T\}) (T\{){\{1} ) (T\{){/}) (T. perfecerimus dynamicas hypotheticas (MD) simulationes compositionis Fe-Cr-Ni similes AISI 316 L ferrum ut aestimare mores accentus prope liquabiles punctos aestimare. Ut ratio cedat accentus, M.D. tondendum accentus relaxationis technicae usitatae in 70, 71, 72, 73. Pro calculis interatomicis adhibitis, in Embeddedtails exemplaribus atomicis (EAM) ex 74, MD LXXVI simulationibus. calculi eventus emittunt accentus sicut functionem temperaturae in Fig. 8 simul cum notitia available experimentalis aliisque aestimationes 77, 78, 79, 80, 81,82.
Accentus cede pro AISI gradu 316 austenitico immaculato ferro et exemplar compositionis versus temperaturas pro MD simulationes. Mensurae experimentales ex indiciis: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81.refer to.(f) 82 est exemplar empiricum de dependentia accentus-temperate cede pro in-linea accentus mensurae in laser-assised "studiorum mensurae per laser-assistentes multiplicandi M.D. gleleft\) pro defectu liberorum infinitorum simplicium crystallorum et pro granorum finitorum habita ratione quantitatis grani mediocris per relationem Dimensionum Hall-Petch(d = 50~\upmu\text{m}\).
Videri potest quod apud \(T>1500~\textum {K}\) cedere accentus guttae infra \(40~\text{MPa}\). Ex altera parte aestimat praedicere laser generatae amplitudinem ultrasonicam \(40~\textum {MPa}\) (vide Fig. 4b), quae sufficit ad inducendum plasticum fluxum in materia calida sicut solidata.
Formatio microstructura 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) austenitica inactu ferro in SLM explorata fuit experimento adhibito fonte laseris pulsu-modulato complexu intensio.
Magnitudo frumenti reductionem in zonam laseris liquefactionem inventam ob laser continuam dissolutionem post 1, 3 vel 5 transit.
Exemplar Macroscopicum ostendit aestimatam magnitudinem regionis ubi deformatio ultrasonica solidificationem frontis positive afficere potest usque ad \(1~\text{mm}\).
Exemplar microscopicum MD ostendit robur AISI 316 austeniticum incorruptum ferri signanter reductum ad punctum \(40~\textus MPa}\) prope punctum liquescens.
Effectus consecuti methodum suggerunt ad microstructuram refrenandam materiae utendi laseris processus complexi modulandi ac fundamento inservire posse novas modificationes pulsorum SLM technici creandi.
Liu, Y. et al.Microstructuralis evolutionis et proprietatum mechanicarum in situ TiB2/AlSi10Mg compositarum per laser liquationem selectivam [J].J.Alloys.compound.853, 157287.
Gao, S. et al.Recrystallizationem frumenti limitis machinationis laseris selectivam liquefactionem ex 316L ferro immaculato [J].Acta Almae Matris.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. In situ evolutionis microstructurae sandwici cum ductilitate aucta per laser liquata laser-liquatae titanii alloys.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Additivae fabricationis partium Ti-6Al-4V per depositionis metalli laser (LMD): processum, microstructuram et proprietates mechanicas.J.Alloys.compound.804, 163-191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al.Microstructuralis exemplar laseris metalli pulveris industria depositionis offensionis directa 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 Additive Manufactured Exemplaria tractata per Laser Shock Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Gradient microstructurae et proprietates mechanicae Ti-6Al-4V additive fabricatae ab electronico trabe conflatae.Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).