Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com. Naudojama naršyklės versija palaiko ribotą CSS. Kad gautumėte geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Tuo tarpu, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodysime be stilių ir „JavaScript“.
Siūlomas naujas selektyvaus lazerinio lydymosi mechanizmas, skirtas kontroliuoti gaminių mikrostruktūrą gamybos procese.Mechanizmas priklauso nuo didelio intensyvumo ultragarso bangų generavimo išlydytame baseine kompleksiniu intensyvumo moduliuotu lazeriu.Eksperimentiniai tyrimai ir skaitmeninis modeliavimas rodo, kad šis valdymo mechanizmas yra techniškai įmanomas ir gali būti veiksmingai integruotas į modernių selektyviųjų lazerinių lydymo mašinų dizainą.
Kompleksinės formos dalių priedų gamyba (AM) pastaraisiais dešimtmečiais labai išaugo. Tačiau, nepaisant įvairių priedų gamybos procesų, įskaitant selektyvų lazerinį lydymą (SLM)1,2,3, tiesioginį lazerinį metalo nusodinimą4,5,6, elektronų pluošto lydymą7,8 ir kt.9,10, Dalys gali būti sugedusios. Taip yra daugiausia dėl išlydyto baseino didelio kietėjimo tempo ir didelio terminio aušinimo greičio. kaitinimo ciklų lydant ir perlydant medžiagą 11 , dėl kurių atsiranda epitaksinis grūdelių augimas ir didelis poringumas.12,13 parodė, kad norint pasiekti smulkias lygiagrečias grūdėtąsias struktūras, būtina kontroliuoti šiluminius gradientus, aušinimo greitį ir lydinio sudėtį arba taikyti papildomus fizinius smūgius įvairių savybių išoriniais laukais, pavyzdžiui, ultragarsu.
Nemažai publikacijų yra susijusios su vibracinio apdorojimo poveikiu kietėjimo procesui įprastų liejimo procesų metu14,15.Tačiau tūriniam lydymui panaudojus išorinį lauką, nesusidaro norima medžiagos mikrostruktūra.Jei skystos fazės tūris yra mažas, situacija pasikeičia dramatiškai.Šiuo atveju išorinis laukas reikšmingai veikia kietėjimo procesą.Intensyvus garso laukas,8,219,20,8,219,11 24,25,26,27, lanko maišymas28 ir virpesiai29, elektromagnetiniai efektai impulsinių plazmos lankų metu30,31 ir kiti metodai32. Pritvirtinimas prie pagrindo naudojant išorinį didelio intensyvumo ultragarso šaltinį (esant 20 kHz). Ultragarso sukeltas grūdelių temperatūros padidėjimas yra susijęs su sumažėjusiu grūdėtumo rafinuotumu. naujų kristalitų per kavitaciją.
Šiame darbe ištyrėme galimybę pakeisti austenitinio nerūdijančio plieno grūdėtumo struktūrą ultragarsu apdorojus išlydytą baseiną paties lydančio lazerio generuojamomis garso bangomis. Lazerio spinduliuotės, patenkančios į šviesą sugeriančią terpę, intensyvumo moduliavimas sukelia ultragarso bangų generavimą, kurios integruojasi į esamą spausdintuvo SLM mikrostruktūrą. s šiame darbe buvo atliekamos ant nerūdijančio plieno plokščių, kurių paviršiai buvo veikiami moduliuojamo intensyvumo lazerio spinduliuotės. Taigi techniškai atliekamas paviršiaus apdorojimas lazeriu. Tačiau jei toks apdorojimas lazeriu atliekamas kiekvieno sluoksnio paviršiuje, sluoksnio kaupimosi metu pasiekiamas poveikis visam tūriui arba pasirinktoms tūrio dalims. Kitaip tariant, jei dalis paviršiaus apdorojimo sluoksnio tūrio yra sukonstruota iš sluoksnio.
Tuo tarpu ultragarsinio rago pagrindu veikiančioje ultragarsinėje terapijoje stovinčio garso bangos ultragarso energija pasiskirsto visame komponente, o lazerio sukeltas ultragarso intensyvumas yra labai koncentruotas netoli lazerio spinduliuotės sugėrimo taško. Naudoti sonotrodą SLM miltelių sluoksnio lydymo aparate yra sudėtinga, nes viršutinis miltelių sluoksnio paviršius neturi būti veikiamas stacionarios lazerio spinduliuotės. , akustinis įtempis yra artimas nuliui, o dalelių greitis turi didžiausią amplitudę visame viršutiniame dalies paviršiuje. Garso slėgis visame išlydytame baseine negali viršyti 0,1 % didžiausio slėgio, kurį sukuria suvirinimo galvutė, nes ultragarso bangų ilgis, kurių dažnis 20 kHz, nerūdijančiame pliene paprastai yra mažesnis nei 0, \\ sim gylis } () 0,3~\tekstas {mm}\).Todėl ultragarso poveikis kavitacijai gali būti nedidelis.
Pažymėtina, kad intensyvumo moduliuotos lazerio spinduliuotės naudojimas tiesioginiam metalo nusodinimui lazeriu yra aktyvi tyrimų sritis35,36,37,38.
Į terpę patenkančios lazerio spinduliuotės šiluminis poveikis yra beveik visų medžiagų apdorojimo lazerinių technikų 39, 40, tokių kaip pjovimas 41, suvirinimas, grūdinimas, gręžimas 42, paviršiaus valymas, paviršių legiravimas, paviršiaus poliravimas 43 ir kt., pagrindas.Medžiagų apdorojimo technologija ir apibendrinti preliminarūs rezultatai daugelyje apžvalgų ir monografijų 44, 44, 44.
Pažymėtina, kad bet koks nestacionarus poveikis terpei, įskaitant lazerinį poveikį sugeriančiajai terpei, sukelia joje didesniu ar mažesniu efektyvumu sužadinamos akustinės bangos.Iš pradžių daugiausia dėmesio buvo skiriama bangų žadinimui lazeriu skysčiuose ir įvairiems garso šiluminio sužadinimo mechanizmams (šiluminis plėtimasis, garavimas, perėjimas, tūrio kitimas, 47,9, t. Monografijose50, 51, 52 pateikiamos teorinės šio proceso analizės ir galimos jo praktinės taikymo galimybės.
Vėliau šie klausimai buvo aptarti įvairiose konferencijose, o ultragarso sužadinimas lazeriu pritaikomas tiek pramonėje lazerių technologijose53, tiek medicinoje54. Todėl galima manyti, kad yra sukurta pagrindinė proceso, kurio metu impulsinė lazerio šviesa veikia sugeriančiąją terpę, koncepcija. Lazerinis ultragarsinis tikrinimas naudojamas SLM pagamintų mėginių defektams aptikti55,56.
Lazeriu generuojamų smūginių bangų poveikis medžiagoms yra lazerinio smūgiavimo pagrindas57,58,59, kuris taip pat naudojamas papildomai gaminamų dalių paviršiaus apdorojimui60.Tačiau lazerio smūgio stiprinimas efektyviausias nanosekundžių lazerio impulsų ir mechaniškai apkrautų paviršių (pvz., su skysčio sluoksniu)59, nes mechaninė apkrova padidina didžiausią slėgį.
Buvo atlikti eksperimentai, siekiant ištirti galimą įvairių fizinių laukų poveikį sukietėjusių medžiagų mikrostruktūrai. Eksperimentinės sąrankos funkcinė diagrama parodyta 1 paveiksle. Laisvo veikimo režimu veikiantis impulsinis Nd:YAG kietojo kūno lazeris (impulso trukmė \(\tau _L \sim 150~\upmu \tekstas buvo praleistas per pulsą ir tankumą). skirstytuvo plokštės sistema. Priklausomai nuo neutralaus tankio filtrų derinio, taikinio impulso energija svyruoja nuo \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) iki \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) .Lazerio spindulys, atsispindėjęs nuo pluošto skirstytuvo, yra tiekiamas į fotometrinį atsaką ir tuo pačiu metu fotodiodinius duomenis. laikas, viršijantis \(1~\text {ms}\)), naudojami kritimui į taikinį ir nuo jo atsispindinčiam nustatyti, o du galios matuokliai (fotodiodai su trumpu atsako laiku\(<10~\tekstas {ns}\))) krintančios ir atspindėtos optinės galios nustatymui. Kalorimetrai ir galios matuokliai buvo sukalibruoti taip, kad gautų vertes absoliučiais vienetais, naudojant detektorių Generator1DEOc-S2 DEOc-S2 detektorių XEOc-S2. sumontuotas mėginio vietoje. Sufokusuokite spindulį į taikinį naudodami objektyvą (antirefleksinė danga ties \(1,06 \upmu \text {m}\), židinio nuotolis \(160~\text {mm}\)) ir spindulio juosta tiksliniame paviršiuje 60– \(100~\upmu\text {m}).
Eksperimento sąrankos funkcinė schema: 1 – lazeris;2-lazerio spindulys;3-neutralaus tankio filtras;4-sinchronizuotas fotodiodas;5—spindulio skirstytuvas;6-diafragma;7 – krintančio pluošto kalorimetras;8 – atspindėto pluošto kalorimetras;9 – krintančios šviesos galios matuoklis;10 – atspindėto spindulio galios matuoklis;11 – fokusavimo lęšis;12 – veidrodis;13 – pavyzdys;14 – plačiajuostis pjezoelektrinis keitiklis;15 – 2D keitiklis;16 – padėties nustatymo mikrovaldiklis;17 – sinchronizacijos blokas;18 – kelių kanalų skaitmeninio gavimo sistema su įvairiais diskretizavimo dažniais;19 – asmeninis kompiuteris.
Ultragarsinis gydymas atliekamas taip. Lazeris veikia laisvo veikimo režimu;todėl lazerio impulso trukmė yra \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), kurią sudaro kelios trukmės, kurių kiekviena yra maždaug \(1,5~\upmu \text {s } \). tekstas {MHz}\), kaip parodyta 2 paveiksle. – Dažnio gaubtas užtikrina medžiagos kaitinimą ir po to lydymą bei garavimą, o aukšto dažnio komponentas suteikia ultragarso virpesius dėl fotoakustinio efekto. Lazerio generuojamo ultragarso impulso bangos formą daugiausia lemia lazerio impulso intensyvumo laiko forma.Jis yra nuo \(7~\tekstas {kHz}\) iki \ (2~\tekstas {MHz}\), o centrinis dažnis yra \(~ 0,7~\tekstas {MHz}\). Fotoakustinio efekto akustiniai impulsai buvo registruojami naudojant plačiajuosčius pjezoelektrinius keitiklius, pagamintus iš polivinilideno fluorido. lazerio impulsai yra būdingi laisvo veikimo režimo lazeriui.
Laikinas lazerio impulso intensyvumo (a) ir garso greičio (b) pasiskirstymas ant galinio mėginio paviršiaus, vieno lazerio impulso (c) ir ultragarso impulso (d) spektrai (mėlyna kreivė) yra vidutiniškai 300 lazerio impulsų (raudona kreivė).
Galime aiškiai atskirti žemo dažnio ir aukšto dažnio akustinio apdorojimo komponentus, atitinkančius atitinkamai lazerio impulso ir aukšto dažnio moduliacijos žemo dažnio gaubtą.Lazerio impulso gaubto generuojamų akustinių bangų bangos ilgiai viršija \(40~\text {cm}\);todėl tikimasi pagrindinio plačiajuosčio aukšto dažnio akustinio signalo komponentų poveikio mikrostruktūrai.
SLM fizikiniai procesai yra sudėtingi ir vyksta vienu metu skirtingomis erdvinėmis ir laiko skalėmis.Todėl teorinei SLM analizei labiausiai tinka kelių mastelių metodai.Matematiniai modeliai iš pradžių turėtų būti daugiafaziai.Daugiafazės terpės „kietos-skysčio lydalo“ mechanika ir termofizika, kuri sąveikauja su SLM, yra efektyvios šiluminės medžiagos apkrovos.
Šildymo ir vėsinimo greitis iki \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ dėl lokalizuoto lazerio švitinimo, kai galios tankis yra iki \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Lydymosi ir kietėjimo ciklas trunka nuo 1 iki \(10~\tekstas {ms}\), o tai prisideda prie greito lydymosi zonos kietėjimo aušinimo metu.
Dėl greito mėginio paviršiaus kaitinimo paviršiaus sluoksnyje susidaro dideli termoelastiniai įtempiai. Pakankama (iki 20 %) miltelių sluoksnio dalis stipriai išgaruoja63, todėl, reaguojant į lazerinę abliaciją, paviršiui susidaro papildoma slėgio apkrova. Vadinasi, dėl sukeltos deformacijos labai iškraipoma detalės geometrija, ypač kaitinant struktūrinius elementus. deformacijų bangos, kurios sklinda nuo paviršiaus iki pagrindo.Siekiant gauti tikslius kiekybinius duomenis apie vietinį įtempį ir deformacijų pasiskirstymą, atliekamas mezoskopinis tamprios deformacijos problemos, susietos su šilumos ir masės pernešimu, modeliavimas.
Modelio valdymo lygtys apima (1) nepastovios šilumos perdavimo lygtis, kuriose šilumos laidumas priklauso nuo fazės būsenos (milteliai, lydalas, polikristalinis) ir temperatūros, (2) tamprios deformacijos svyravimai po kontinuumo abliacijos ir termoelastinės plėtimosi lygtis. Ribinės vertės problema nustatoma naudojant kintamo šilumos laidumo ir vėsaus paviršiaus eksperimentinio srauto sąlygas. garavimo srautas.Masės srautas apibrėžiamas remiantis garuojančios medžiagos sočiųjų garų slėgio apskaičiavimu.Elastoplastinis įtempių ir deformacijų santykis naudojamas, kai termoelastinis įtempis yra proporcingas temperatūrų skirtumui.Vardinei galiai \(300~\text {W}\), dažnis \(10^5~\tekstas {Hz) }( efektyvaus pluošto skersmens.
3 paveiksle rodomi išlydytos zonos skaitmeninio modeliavimo rezultatai naudojant makroskopinį matematinį modelį. Susiliejimo zonos skersmuo yra \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) spindulys) ir \(40~\upmu \text {m}\) tekstas, kaip ir 0 laiko \text {m}\) gylis, kaip ir 0 paviršiaus temperatūra. {K}\) dėl didelio impulsų moduliavimo su pertrūkiais koeficiento. Šildymo \(V_h\) ir vėsinimo \(V_c\) greitis yra atitinkamai \(10^7\) ir \(10^6~\text {K}/\text {s}\). Šios vertės gerai sutampa su mūsų ankstesnės analizės \(V_h\) ir \4 laipsnio skirtumu. sukelia greitą paviršiaus sluoksnio perkaitimą, kai šilumos laidumo substratui nepakanka, kad būtų pašalinta šiluma.Todėl esant \(t=26~\upmu \text {s}\) paviršiaus temperatūra pasiekia aukščiausią viršūnę iki \(4800~\text {K}\). Dėl intensyvaus medžiagos išgaravimo mėginio paviršius gali būti pernelyg slėgis ir nulupti.
Vieno lazerinio impulso atkaitinimo lydymosi zonos 316 l mėginio plokštelėje skaitiniai modeliavimo rezultatai. Laikas nuo impulso pradžios iki išlydyto baseino gylio, pasiekiančio didžiausią reikšmę, yra \(180~\upmu\text {s}\). Izoterma\(T = T_L = 1723~\tekstas {K}\) atitinka (skysčio ir kietos ribos) fazes. takumo įtempis, apskaičiuojamas kaip temperatūros funkcija kitame skyriuje. Todėl srityje tarp dviejų izoliuotų linijų (izotermų\(T=T_L\) ir izobarų\(\sigma =\sigma _V(T)\)) kietoji fazė yra veikiama stiprių mechaninių apkrovų, dėl kurių gali pasikeisti mikrostruktūra.
Šis efektas išsamiau paaiškintas 4a paveiksle, kur slėgio lygis išlydytoje zonoje pavaizduotas kaip laiko ir atstumo nuo paviršiaus funkcija. Pirma, slėgio elgsena yra susijusi su lazerio impulso intensyvumo moduliavimu, kaip aprašyta 2 paveiksle. Didžiausias slėgis \text{s}\) buvo maždaug \(10~\text {MPa}\), kai slėgis buvo maždaug 6, tmu = 2Sek. valdymo taškas turi tokias pačias virpesių charakteristikas kaip \(500~\tekstas {kHz}\) dažnis. Tai reiškia, kad ultragarso slėgio bangos sukuriamos paviršiuje ir sklinda į substratą.
Apskaičiuotos deformacijos zonos, esančios šalia lydymosi zonos, charakteristikos parodytos 4b pav. Lazerinė abliacija ir termoelastinis įtempis generuoja elastines deformacijos bangas, kurios sklinda į pagrindą. Kaip matyti iš paveikslo, yra du įtempių susidarymo etapai. Per pirmąją \(t < 40~\upmu \text \textes {s}\) moduliaciją su panašų įtempių kilimą. paviršiaus slėgis.Šis įtempis atsiranda dėl lazerinės abliacijos, o termoelastinio įtempio valdymo taškuose nepastebėta, nes pradinė šilumos paveikta zona buvo per maža.Kai šiluma išsisklaido į pagrindą, valdymo taškas sukuria didelį termoelastinį įtempį virš \(40~\tekstas {MPa}\).
Gauti moduliuoti įtempių lygiai turi didelę įtaką kieto ir skysčio sąsajai ir gali būti valdymo mechanizmas, valdantis kietėjimo kelią. Deformacijos zonos dydis yra 2–3 kartus didesnis nei lydymosi zonos. Kaip parodyta 3 paveiksle, lyginamos lydymosi izotermos vieta ir įtempių lygis, lygus takumo įtempiui. Tai reiškia, kad impulsinis lazerio apšvitinimas užtikrina aukštą \0 skersmens mechaninę apkrovą tarp 3 ir 0 mu \text {m}\) priklausomai nuo momentinio laiko.
Todėl kompleksinis impulsinio lazerio atkaitinimo moduliavimas sukelia ultragarsinį efektą. Mikrostruktūros parinkimo būdas yra kitoks, lyginant su SLM be ultragarsinės apkrovos. Deformuotos nestabilios sritys sukelia periodinius suspaudimo ir tempimo ciklus kietojoje fazėje. Taigi, naujų grūdelių ribų susidarymas ir mikrostruktūros ribos gali būti įmanomos. suteikia galimybę sukurti impulsų moduliacijos sukeltą ultragarsu valdomą SLM prototipą. Šiuo atveju pjezoelektrinis induktyvumas 26, naudojamas kitur, gali būti neįtrauktas.
(a) Slėgis kaip laiko funkcija, apskaičiuotas skirtingais atstumais nuo paviršiaus 0, 20 ir \(40~\upmu \text {m}\) išilgai simetrijos ašies. (b) Nuo laiko priklausomas Von Mises įtempis, apskaičiuotas kietoje matricoje 70, 120 ir \(170~\upmu) \teksto atstumu nuo mėginio paviršiaus.
Eksperimentai buvo atlikti su AISI 321H nerūdijančio plieno plokštėmis, kurių matmenys yra \(20\times 20\times 5~\text {mm}\). Po kiekvieno lazerio impulso plokštė juda \(50~\upmu \text {m}\), o lazerio spindulio juosta tiksliniame paviršiuje yra maždaug {100 am/m. trasa, kad paskatintų perdirbtos medžiagos perlydymą grūdų rafinavimui. Visais atvejais perlydyta zona buvo apdorojama ultragarsu, atsižvelgiant į lazerio spinduliuotės virpesių komponentą. Dėl to vidutinis grūdelių plotas sumažėja daugiau nei 5 kartus. 5 paveiksle parodyta, kaip keičiasi lazeriu išlydytos srities mikrostruktūra, atsižvelgiant į vėlesnių perlydymo ciklų skaičių (passeses).
Subplots (a,d,g,j) ir (b,e,h,k) – lazeriu išlydytų sričių mikrostruktūra, subplots (c,f,i,l) – spalvotų grūdelių ploto pasiskirstymas.Atspalvis žymi daleles, naudojamas histogramai apskaičiuoti.Spalvos atitinka grūdėtumo sritis (žr. spalvų juostą histogramos viršuje. Padaliniai (ac) atitinka neapdorotą nerūdijantį plieną, o poskyriai (df), (gi), (jl) atitinka 1, 3 ir 5 perlydimus.
Kadangi lazerio impulso energija nesikeičia tarp tolesnių praėjimų, išlydytos zonos gylis yra toks pat. Taigi sekantis kanalas visiškai „uždengia“ ankstesnįjį. Tačiau histograma rodo, kad vidutinis ir vidutinis grūdelių plotas mažėja didėjant praėjimų skaičiui. Tai gali reikšti, kad lazeris veikia substratą, o ne lydalą.
Grūdų rafinavimą gali lemti greitas išlydyto baseino aušinimas65. Buvo atliktas kitas eksperimentų rinkinys, kurio metu nerūdijančio plieno plokščių (321H ir 316L) paviršiai buvo veikiami nuolatinės bangos lazerio spinduliuote atmosferoje (6 pav.) ir vakuume (7 pav.). lazeris laisvo veikimo režimu.Tačiau buvo pastebėta tipiška stulpelinė struktūra.
Nepertraukiamo banginio lazerio (300 W pastovios galios, 200 mm/s skenavimo greitis, AISI 321H nerūdijantis plienas) lazeriu lydytos srities mikrostruktūra.
(a) Mikrostruktūra ir (b) elektronų atgalinės sklaidos difrakcijos vaizdas vakuuminio nuolatinių bangų lazerio (pastovi galia 100 W, skenavimo greitis 200 mm/s, nerūdijantis plienas AISI 316L) lazerio lydymosi zonos vaizdas \ (\sim 2~\text {mbar }\).
Todėl aiškiai įrodyta, kad kompleksinis lazerio impulsų intensyvumo moduliavimas turi reikšmingą poveikį susidariusiai mikrostruktūrai. Manome, kad šis poveikis yra mechaninio pobūdžio ir atsiranda dėl ultragarsinių virpesių, sklindančių iš lydalo paviršiaus giliai į mėginį. Įvairios medžiagos, įskaitant Ti-6Al-4V lydinį 26 ir nerūdijantį plieną 34. Galimas mechanizmas spėliojamas taip. Intensyvus ultragarsas gali sukelti akustinę kavitaciją, kaip parodyta atliekant itin greitą sinchrotroninį rentgeno vaizdą in situ. Kavitacijos burbuliukų griūtis savo ruožtu sukuria {molsa medžiaga, kurios priekyje \\tekstas pasiekia smūgio bangas\0} 9. Tokios smūginės bangos gali būti pakankamai stiprios, kad skatintų kritinio dydžio kietosios fazės branduolių susidarymą biriuose skysčiuose, sutrikdydamos tipišką stulpelio grūdėtumo struktūrą gaminant sluoksnį po sluoksnio priedų.
Siūlome kitą mechanizmą, atsakingą už struktūros modifikavimą intensyvaus apdorojimo ultragarsu. Medžiaga iškart po sukietėjimo yra aukštoje temperatūroje, artimoje lydymosi temperatūrai, ir jos takumo įtempis yra labai mažas. Dėl intensyvių ultragarso bangų plastiko srautas gali pakeisti ką tik sukietėjusios karštos medžiagos grūdelių struktūrą. Tačiau patikimų eksperimentinių duomenų apie takumo įtempio priklausomybę nuo temperatūros galima rasti adresu {1 pav. } Norėdami patikrinti hipotezę, atlikome Fe-Cr-Ni sudėties, panašios į AISI 316 L plieną, molekulinės dinamikos (MD) modeliavimą, kad įvertintume takumo įtempių elgesį netoli lydymosi taško. Norėdami apskaičiuoti takumo įtempį, naudojome MD šlyties įtempių atsipalaidavimo metodą, aprašytą 70, 71, 72, 73. buvo atlikti naudojant LAMMPS kodus 75, 76. Išsami informacija apie MD modeliavimą bus paskelbta kitur. MD skaičiavimo rezultatai takumo įtempių, kaip temperatūros funkcijos, yra parodyti 8 pav. kartu su turimais eksperimentiniais duomenimis ir kitais vertinimais77, 78, 79, 80, 81, 82.
AISI 316 klasės austenitinio nerūdijančio plieno takumo įtempis ir modelio sudėtis, palyginti su temperatūra, skirta MD modeliavimui.Eksperimentiniai matavimai iš nuorodų: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81.žr. (f) 82 yra empirinis takumo įtempių-temperatūrinio takumo priklausomybės matavimo lazerinės temperatūros modelis. Didelio masto MD modeliavimo rezultatai šiame tyrime pažymėti kaip \(\vartriangleft\) bedefektiniam begaliniam monokristalui ir \(\vartriangleright\) baigtiniams grūdeliams, atsižvelgiant į vidutinį grūdelių dydį pagal Hall-Petch santykį Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Matyti, kad esant \(T>1500~\tekstas {K}\), takumo įtempis nukrenta žemiau \(40~\tekstas {MPa}\). Kita vertus, skaičiavimai prognozuoja, kad lazeriu generuojama ultragarso amplitudė viršija \(40~\tekstas {MPa}\) (žr. 4b pav.), o to pakanka, kad tik sukeltų karšto plastiko srautą.
12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) austenitinio nerūdijančio plieno mikrostruktūros susidarymas SLM metu buvo eksperimentiškai ištirtas naudojant kompleksinį intensyvumo moduliuotą impulsinį lazerio šaltinį.
Grūdelių dydžio sumažėjimas lazerio lydymosi zonoje nustatytas dėl nuolatinio lazerinio perlydymo po 1, 3 arba 5 važiavimų.
Makroskopinis modeliavimas rodo, kad apskaičiuotas srities, kurioje ultragarsinė deformacija gali teigiamai paveikti kietėjimo frontą, dydis yra iki \(1~\tekstas {mm}\).
Mikroskopinis MD modelis rodo, kad AISI 316 austenitinio nerūdijančio plieno takumo riba yra žymiai sumažinta iki \(40~\tekstas {MPa}\) netoli lydymosi temperatūros.
Gauti rezultatai rodo medžiagų mikrostruktūros valdymo metodą naudojant kompleksinį moduliuotą lazerinį apdorojimą ir gali būti pagrindu kuriant naujas impulsinės SLM technikos modifikacijas.
Liu, Y. et al.In situ TiB2/AlSi10Mg kompozitų mikrostruktūrinė evoliucija ir mechaninės savybės lazerinio selektyvaus lydymo būdu [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. ir kt. 316L nerūdijančio plieno selektyvaus lydymo lazeriu perkristalizacijos grūdelių ribų inžinerija [J].Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. In situ sumuštinių mikrostruktūrų su padidintu lankstumu kūrimas, lazeriu kaitinant lazeriu išlydytus titano lydinius.mokslas.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Priedu Ti-6Al-4V detaliu gamyba lazeriniu metalo nusodinimu (LMD): procesas, mikrostruktura ir mechanines savybes.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al.Microstructural modeling of laser metal mildel directioned energy deposition of Alloy 718.Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. ir kt. Parametrinio neutroninio Braggo krašto vaizdavimo tyrimas dėl papildomai pagamintų mėginių, apdorotų lazeriniu šoku Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Ti-6Al-4V gradientinė mikrostruktūra ir mechaninės savybės, pagamintos lydant elektronų pluoštą. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).