Nature.com സന്ദർശിച്ചതിന് നന്ദി. നിങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ബ്രൗസർ പതിപ്പിന് CSS-ന് പരിമിതമായ പിന്തുണയേ ഉള്ളൂ. മികച്ച അനുഭവത്തിനായി, നിങ്ങൾ ഒരു അപ്ഡേറ്റ് ചെയ്ത ബ്രൗസർ ഉപയോഗിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു (അല്ലെങ്കിൽ ഇന്റർനെറ്റ് എക്സ്പ്ലോററിൽ കോംപാറ്റിബിലിറ്റി മോഡ് ഓഫ് ചെയ്യുക). അതേസമയം, തുടർച്ചയായ പിന്തുണ ഉറപ്പാക്കാൻ, സ്റ്റൈലിംഗും ജാവാസ്ക്രിപ്റ്റും ഇല്ലാതെ ഞങ്ങൾ സൈറ്റ് പ്രദർശിപ്പിക്കും.
നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ സൂക്ഷ്മഘടന നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന് സെലക്ടീവ് ലേസർ ഉരുകലിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു പുതിയ സംവിധാനം നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. സങ്കീർണ്ണമായ തീവ്രത-മോഡുലേറ്റഡ് ലേസർ വികിരണം വഴി ഉരുകിയ കുളത്തിൽ ഉയർന്ന തീവ്രതയുള്ള അൾട്രാസോണിക് തരംഗങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനെയാണ് ഈ സംവിധാനം ആശ്രയിക്കുന്നത്. ഈ നിയന്ത്രണ സംവിധാനം സാങ്കേതികമായി പ്രായോഗികമാണെന്നും ആധുനിക സെലക്ടീവ് ലേസർ ഉരുകൽ യന്ത്രങ്ങളുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ ഫലപ്രദമായി സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്നും പരീക്ഷണ പഠനങ്ങളും സംഖ്യാ സിമുലേഷനുകളും കാണിക്കുന്നു.
സങ്കീർണ്ണമായ ആകൃതിയിലുള്ള ഭാഗങ്ങളുടെ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം (AM) സമീപ ദശകങ്ങളിൽ ഗണ്യമായി വളർന്നു. എന്നിരുന്നാലും, സെലക്ടീവ് ലേസർ മെൽറ്റിംഗ് (SLM)1,2,3, ഡയറക്ട് ലേസർ മെറ്റൽ ഡിപ്പോസിഷൻ4,5,6, ഇലക്ട്രോൺ ബീം മെൽറ്റിംഗ്7,8 തുടങ്ങിയവയുൾപ്പെടെ വിവിധതരം അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകൾ ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും9,10, ഭാഗങ്ങൾ തകരാറിലായേക്കാം. ഉയർന്ന താപ ഗ്രേഡിയന്റുകൾ, ഉയർന്ന തണുപ്പിക്കൽ നിരക്കുകൾ, ഉരുകൽ, വീണ്ടും ഉരുകൽ വസ്തുക്കളിലെ ചൂടാക്കൽ ചക്രങ്ങളുടെ സങ്കീർണ്ണത എന്നിവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഉരുകിയ പൂൾ സോളിഡൈസേഷൻ പ്രക്രിയയുടെ പ്രത്യേക സവിശേഷതകൾ ഇതിന് പ്രധാന കാരണമാണ്11, ഇത് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ധാന്യ വളർച്ചയ്ക്കും ഗണ്യമായ പോറോസിറ്റിക്കും കാരണമാകുന്നു12,13. ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത്, താപ ഗ്രേഡിയന്റുകൾ, തണുപ്പിക്കൽ നിരക്കുകൾ, അലോയ് കോമ്പോസിഷൻ എന്നിവ നിയന്ത്രിക്കേണ്ടത് അത്യാവശ്യമാണ്, അല്ലെങ്കിൽ മികച്ച സമീകൃത ധാന്യ ഘടനകൾ നേടുന്നതിന് വിവിധ ഗുണങ്ങളുള്ള (ഉദാഹരണത്തിന്, അൾട്രാസൗണ്ട്) ബാഹ്യ ഫീൽഡുകളിലൂടെ അധിക ഭൗതിക ആഘാതങ്ങൾ പ്രയോഗിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.
പരമ്പരാഗത കാസ്റ്റിംഗ് പ്രക്രിയകളിലെ സോളിഡീകരണ പ്രക്രിയയിൽ വൈബ്രേഷൻ ചികിത്സയുടെ സ്വാധീനത്തെക്കുറിച്ച് നിരവധി പ്രസിദ്ധീകരണങ്ങൾ ആശങ്കാകുലരാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ബൾക്ക് മെൽറ്റുകളിൽ ഒരു ബാഹ്യ ഫീൽഡ് പ്രയോഗിക്കുന്നത് ആവശ്യമുള്ള മെറ്റീരിയൽ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ ഉണ്ടാക്കുന്നില്ല. ദ്രാവക ഘട്ടത്തിന്റെ അളവ് ചെറുതാണെങ്കിൽ, സാഹചര്യം നാടകീയമായി മാറുന്നു. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ബാഹ്യ ഫീൽഡ് സോളിഡീകരണ പ്രക്രിയയെ സാരമായി ബാധിക്കുന്നു. തീവ്രമായ അക്കോസ്റ്റിക് ഫീൽഡുകളിൽ വൈദ്യുതകാന്തിക ഇഫക്റ്റുകൾ പരിഗണിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. 16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, ആർക്ക് ഇളക്കൽ, ആന്ദോളനം, പൾസ്ഡ് പ്ലാസ്മ ആർക്കുകൾ 30,31, മറ്റ് രീതികൾ 32. ഒരു ബാഹ്യ ഉയർന്ന തീവ്രതയുള്ള അൾട്രാസൗണ്ട് സ്രോതസ്സ് ഉപയോഗിച്ച് അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഘടിപ്പിക്കുക (20 kHz-ൽ). അൾട്രാസൗണ്ട്-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് ഗ്രെയിൻ റിഫൈൻമെന്റ് കുറഞ്ഞ താപനില ഗ്രേഡിയന്റ് കാരണം വർദ്ധിച്ച കോമ്പോസിഷണൽ സബ്കൂളിംഗ് സോണിനും കാവിറ്റേഷൻ വഴി പുതിയ ക്രിസ്റ്റലൈറ്റുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള അൾട്രാസൗണ്ട് മെച്ചപ്പെടുത്തലിനും കാരണമാകുന്നു.
ഈ കൃതിയിൽ, ഉരുകുന്ന ലേസർ തന്നെ സൃഷ്ടിക്കുന്ന ശബ്ദ തരംഗങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ഉരുകിയ പൂളിനെ സോണിക്കേറ്റ് ചെയ്തുകൊണ്ട് ഓസ്റ്റെനിറ്റിക് സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീലുകളുടെ ധാന്യ ഘടനയിൽ മാറ്റം വരുത്താനുള്ള സാധ്യത ഞങ്ങൾ അന്വേഷിച്ചു. പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന മാധ്യമത്തിൽ സംഭവിക്കുന്ന ലേസർ വികിരണത്തിന്റെ തീവ്രത മോഡുലേഷൻ അൾട്രാസോണിക് തരംഗങ്ങളുടെ ഉത്പാദനത്തിന് കാരണമാകുന്നു, ഇത് മെറ്റീരിയലിന്റെ സൂക്ഷ്മഘടനയെ മാറ്റുന്നു. ലേസർ വികിരണത്തിന്റെ ഈ തീവ്രത മോഡുലേഷൻ നിലവിലുള്ള SLM 3D പ്രിന്ററുകളിലേക്ക് എളുപ്പത്തിൽ സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. തീവ്രത-മോഡുലേറ്റഡ് ലേസർ വികിരണത്തിന് വിധേയമായ പ്രതലങ്ങളുള്ള സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ പ്ലേറ്റുകളിലാണ് ഈ കൃതിയിലെ പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തിയത്. അതിനാൽ, സാങ്കേതികമായി, ലേസർ ഉപരിതല ചികിത്സ നടത്തുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഓരോ പാളിയുടെയും ഉപരിതലത്തിൽ അത്തരമൊരു ലേസർ ചികിത്സ നടത്തുകയാണെങ്കിൽ, ലെയർ-ബൈ-ലെയർ ബിൽഡ്-അപ്പ് സമയത്ത്, മുഴുവൻ വോള്യത്തിലോ വോള്യത്തിന്റെ തിരഞ്ഞെടുത്ത ഭാഗങ്ങളിലോ ഉള്ള ഫലങ്ങൾ കൈവരിക്കുന്നു. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഭാഗം പാളി പാളിയായി നിർമ്മിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, ഓരോ പാളിയുടെയും ലേസർ ഉപരിതല ചികിത്സ "ലേസർ വോള്യ ചികിത്സ"ക്ക് തുല്യമാണ്.
അൾട്രാസോണിക് ഹോൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള അൾട്രാസോണിക് തെറാപ്പിയിൽ, സ്റ്റാൻഡിംഗ് സൗണ്ട് വേവിന്റെ അൾട്രാസോണിക് ഊർജ്ജം ഘടകത്തിലുടനീളം വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, അതേസമയം ലേസർ-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് അൾട്രാസോണിക് തീവ്രത ലേസർ വികിരണം ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന സ്ഥലത്തിനടുത്തായി വളരെ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ഒരു SLM പൗഡർ ബെഡ് ഫ്യൂഷൻ മെഷീനിൽ ഒരു സോണോട്രോഡ് ഉപയോഗിക്കുന്നത് സങ്കീർണ്ണമാണ്, കാരണം ലേസർ വികിരണത്തിന് വിധേയമാകുന്ന പൗഡർ ബെഡിന്റെ മുകൾഭാഗം നിശ്ചലമായി തുടരണം. കൂടാതെ, ഭാഗത്തിന്റെ മുകൾഭാഗത്ത് മെക്കാനിക്കൽ സമ്മർദ്ദമില്ല. അതിനാൽ, അക്കോസ്റ്റിക് സമ്മർദ്ദം പൂജ്യത്തോട് അടുത്താണ്, കൂടാതെ ഭാഗത്തിന്റെ മുഴുവൻ മുകളിലെ ഉപരിതലത്തിലും കണികാ വേഗതയ്ക്ക് പരമാവധി വ്യാപ്തിയുണ്ട്. മുഴുവൻ ഉരുകിയ പൂളിനുള്ളിലെ ശബ്ദ മർദ്ദം വെൽഡിംഗ് ഹെഡ് സൃഷ്ടിക്കുന്ന പരമാവധി മർദ്ദത്തിന്റെ 0.1% കവിയാൻ പാടില്ല, കാരണം സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീലിൽ 20 kHz ആവൃത്തിയിലുള്ള അൾട്രാസോണിക് തരംഗങ്ങളുടെ തരംഗദൈർഘ്യം \(\sim 0.3~\text {m}} ആണ്), കൂടാതെ ആഴം സാധാരണയായി \(\sim 0.3~\text {mm}}-ൽ താഴെയാണ്). അതിനാൽ, കാവിറ്റേഷനിൽ അൾട്രാസൗണ്ടിന്റെ പ്രഭാവം ചെറുതായിരിക്കാം.
നേരിട്ടുള്ള ലേസർ ലോഹ നിക്ഷേപത്തിൽ തീവ്രത-മോഡുലേറ്റഡ് ലേസർ വികിരണത്തിന്റെ ഉപയോഗം ഗവേഷണത്തിന്റെ സജീവ മേഖലയാണെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്35,36,37,38.
ലേസർ വികിരണത്തിന്റെ താപ പ്രഭാവം മീഡിയത്തിൽ സംഭവിക്കുന്നതിന്റെ ഫലമായുണ്ടാകുന്ന മെറ്റീരിയൽ പ്രോസസ്സിംഗിനുള്ള മിക്കവാറും എല്ലാ ലേസർ ടെക്നിക്കുകളുടെയും അടിസ്ഥാനമാണ് [39, 40], ഉദാഹരണത്തിന് കട്ടിംഗ്41, വെൽഡിംഗ്, കാഠിന്യം, ഡ്രില്ലിംഗ്42, ഉപരിതല വൃത്തിയാക്കൽ, ഉപരിതല അലോയിംഗ്, ഉപരിതല മിനുക്കൽ43, മുതലായവ. ലേസറിന്റെ കണ്ടുപിടുത്തം മെറ്റീരിയൽ പ്രോസസ്സിംഗ് ടെക്നിക്കുകളിൽ പുതിയ സംഭവവികാസങ്ങൾക്ക് പ്രചോദനം നൽകി, കൂടാതെ പ്രാഥമിക ഫലങ്ങൾ നിരവധി അവലോകനങ്ങളിലും മോണോഗ്രാഫുകളിലും സംഗ്രഹിച്ചിരിക്കുന്നു44,45,46.
ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന മാധ്യമത്തിലെ ലേസിംഗ് പ്രവർത്തനം ഉൾപ്പെടെ, മാധ്യമത്തിലെ ഏതൊരു നിശ്ചലമല്ലാത്ത പ്രവർത്തനവും കൂടുതലോ കുറവോ കാര്യക്ഷമതയോടെ അതിൽ ശബ്ദ തരംഗങ്ങളുടെ ഉത്തേജനത്തിന് കാരണമാകുമെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. തുടക്കത്തിൽ, ദ്രാവകങ്ങളിലെ തരംഗങ്ങളുടെ ലേസർ ഉത്തേജനത്തിലും ശബ്ദത്തിന്റെ വിവിധ താപ ഉത്തേജന സംവിധാനങ്ങളിലുമായിരുന്നു പ്രധാന ശ്രദ്ധ (താപ വികാസം, ബാഷ്പീകരണം, ഘട്ടം പരിവർത്തന സമയത്ത് വോളിയം മാറ്റം, സങ്കോചം മുതലായവ). 47, 48, 49. നിരവധി മോണോഗ്രാഫുകൾ 50, 51, 52 ഈ പ്രക്രിയയുടെയും അതിന്റെ സാധ്യമായ പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങളുടെയും സൈദ്ധാന്തിക വിശകലനങ്ങൾ നൽകുന്നു.
ഈ വിഷയങ്ങൾ പിന്നീട് വിവിധ സമ്മേളനങ്ങളിൽ ചർച്ച ചെയ്യപ്പെട്ടു, കൂടാതെ അൾട്രാസൗണ്ടിന്റെ ലേസർ ഉത്തേജനം ലേസർ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വ്യാവസായിക പ്രയോഗങ്ങളിലും വൈദ്യശാസ്ത്രത്തിലും പ്രയോഗങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു53. അതിനാൽ, പൾസ്ഡ് ലേസർ പ്രകാശം ഒരു ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന മാധ്യമത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന പ്രക്രിയയുടെ അടിസ്ഥാന ആശയം സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ടുവെന്ന് കണക്കാക്കാം. SLM-നിർമ്മിച്ച സാമ്പിളുകളുടെ വൈകല്യ കണ്ടെത്തലിനായി ലേസർ അൾട്രാസോണിക് പരിശോധന ഉപയോഗിക്കുന്നു55,56.
ലേസർ ജനറേറ്റഡ് ഷോക്ക് തരംഗങ്ങൾ വസ്തുക്കളിൽ ചെലുത്തുന്ന സ്വാധീനമാണ് ലേസർ ഷോക്ക് പീനിംഗിന്റെ അടിസ്ഥാനം57,58,59, ഇത് അഡിറ്റീവായി നിർമ്മിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ ഉപരിതല ചികിത്സയ്ക്കും ഉപയോഗിക്കുന്നു60. എന്നിരുന്നാലും, നാനോസെക്കൻഡ് ലേസർ പൾസുകളിലും മെക്കാനിക്കൽ ലോഡ് ചെയ്ത പ്രതലങ്ങളിലും (ഉദാഹരണത്തിന്, ദ്രാവകത്തിന്റെ ഒരു പാളി ഉപയോഗിച്ച്)59 ലേസർ ഷോക്ക് ശക്തിപ്പെടുത്തൽ ഏറ്റവും ഫലപ്രദമാണ്, കാരണം മെക്കാനിക്കൽ ലോഡിംഗ് പീക്ക് മർദ്ദം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.
ഖരരൂപത്തിലുള്ള വസ്തുക്കളുടെ സൂക്ഷ്മഘടനയിൽ വിവിധ ഭൗതിക മണ്ഡലങ്ങളുടെ സാധ്യമായ ഫലങ്ങൾ അന്വേഷിക്കുന്നതിനായി പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി. പരീക്ഷണ സജ്ജീകരണത്തിന്റെ പ്രവർത്തനപരമായ ഡയഗ്രം ചിത്രം 1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഫ്രീ-റണ്ണിംഗ് മോഡിൽ (പൾസ് ദൈർഘ്യം \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}}) പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു പൾസ്ഡ് Nd:YAG സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസർ ഉപയോഗിച്ചു. ഓരോ ലേസർ പൾസും ന്യൂട്രൽ ഡെൻസിറ്റി ഫിൽട്ടറുകളുടെ ഒരു പരമ്പരയിലൂടെയും ഒരു ബീം സ്പ്ലിറ്റർ പ്ലേറ്റ് സിസ്റ്റത്തിലൂടെയും കടന്നുപോകുന്നു. ന്യൂട്രൽ ഡെൻസിറ്റി ഫിൽട്ടറുകളുടെ സംയോജനത്തെ ആശ്രയിച്ച്, ലക്ഷ്യത്തിലെ പൾസ് ഊർജ്ജം \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) മുതൽ \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) വരെ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. ബീം സ്പ്ലിറ്ററിൽ നിന്ന് പ്രതിഫലിക്കുന്ന ലേസർ ബീം ഒരേസമയം ഡാറ്റ ഏറ്റെടുക്കലിനായി ഒരു ഫോട്ടോഡയോഡിലേക്ക് നൽകുന്നു, കൂടാതെ രണ്ട് കലോറിമീറ്ററുകൾ (\(1~\text {ms}}\) കവിയുന്ന നീണ്ട പ്രതികരണ സമയമുള്ള ഫോട്ടോഡയോഡുകൾ) ലക്ഷ്യത്തിലേക്കുള്ള സംഭവവും പ്രതിഫലനവും നിർണ്ണയിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു, കൂടാതെ രണ്ട് പവർ മീറ്ററുകളും (ഫോട്ടോഡയോഡുകൾ) സംഭവവും പ്രതിഫലിക്കുന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ പവറും നിർണ്ണയിക്കാൻ കുറഞ്ഞ പ്രതികരണ സമയങ്ങൾ\(<10~\text {ns}\)). തെർമോപൈൽ ഡിറ്റക്ടർ Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 ഉം സാമ്പിൾ ലൊക്കേഷനിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു ഡൈഇലക്ട്രിക് മിററും ഉപയോഗിച്ച് കേവല യൂണിറ്റുകളിൽ മൂല്യങ്ങൾ നൽകുന്നതിന് കലോറിമീറ്ററുകളും പവർ മീറ്ററുകളും കാലിബ്രേറ്റ് ചെയ്തു. ഒരു ലെൻസ് (\(1.06 \upmu \text {m}\-ൽ ആന്റിറിഫ്ലെക്ഷൻ കോട്ടിംഗ്), ഫോക്കൽ ലെങ്ത് \(160~\text {mm}\)), ലക്ഷ്യ ഉപരിതലത്തിൽ 60– \(100~\upmu\text {m}\-ൽ ഒരു ബീം അരക്കെട്ട്) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ബീം ലക്ഷ്യത്തിലേക്ക് കേന്ദ്രീകരിക്കുക.
പരീക്ഷണ സജ്ജീകരണത്തിന്റെ പ്രവർത്തനപരമായ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം: 1—ലേസർ; 2—ലേസർ ബീം; 3—ന്യൂട്രൽ ഡെൻസിറ്റി ഫിൽറ്റർ; 4—സിൻക്രൊണൈസ്ഡ് ഫോട്ടോഡയോഡ്; 5—ബീം സ്പ്ലിറ്റർ; 6—ഡയഫ്രം; 7—ഇൻസിഡന്റ് ബീമിന്റെ കലോറിമീറ്റർ; 8—റിഫ്ലെക്റ്റ് ബീമിന്റെ കലോറിമീറ്റർ; 9—ഇൻസിഡന്റ് ബീം പവർ മീറ്റർ; 10—റിഫ്ലെക്റ്റ്ഡ് ബീം പവർ മീറ്റർ; 11—ഫോക്കസിംഗ് ലെൻസ്; 12—മിറർ; 13—സാമ്പിൾ; 14—ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് പീസോഇലക്ട്രിക് ട്രാൻസ്‌ഡ്യൂസർ; 15—2D കൺവെർട്ടർ; 16—പൊസിഷനിംഗ് മൈക്രോകൺട്രോളർ; 17—സിൻക്രൊണൈസേഷൻ യൂണിറ്റ്; 18—വിവിധ സാമ്പിൾ നിരക്കുകളുള്ള മൾട്ടി-ചാനൽ ഡിജിറ്റൽ അക്വിസിഷൻ സിസ്റ്റം; 19—പേഴ്സണൽ കമ്പ്യൂട്ടർ.
അൾട്രാസോണിക് ചികിത്സ ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ നടത്തുന്നു. ലേസർ ഫ്രീ-റണ്ണിംഗ് മോഡിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്; അതിനാൽ ലേസർ പൾസിന്റെ ദൈർഘ്യം \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}} ആണ്), ഇത് ഏകദേശം \(1.5~\upmu \text {s } \) ന്റെ ഒന്നിലധികം ദൈർഘ്യങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ലേസർ പൾസിന്റെയും അതിന്റെ സ്പെക്ട്രത്തിന്റെയും താൽക്കാലിക ആകൃതിയിൽ ഒരു ലോ-ഫ്രീക്വൻസി എൻവലപ്പും ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി മോഡുലേഷനും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ശരാശരി ആവൃത്തി ഏകദേശം \(0.7~\text {MHz}}) ആണ്, ചിത്രം 2-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ.- ഫ്രീക്വൻസി എൻവലപ്പ് മെറ്റീരിയലിന്റെ ചൂടാക്കലും തുടർന്നുള്ള ഉരുകലും ബാഷ്പീകരണവും നൽകുന്നു, അതേസമയം ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ഘടകം ഫോട്ടോകോസ്റ്റിക് പ്രഭാവം മൂലമുള്ള അൾട്രാസോണിക് വൈബ്രേഷനുകൾ നൽകുന്നു. ലേസർ സൃഷ്ടിക്കുന്ന അൾട്രാസോണിക് പൾസിന്റെ തരംഗരൂപം പ്രധാനമായും നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ലേസർ പൾസ് തീവ്രതയുടെ സമയ ആകൃതിയാണ്. ഇത് \(7~\text {kHz}) മുതൽ \ (2~\text {MHz}) വരെയാണ്, കൂടാതെ മധ്യ ആവൃത്തി \(~ 0.7~\text {MHz}) ആണ്. ഫോട്ടോഅക്കോസ്റ്റിക് പ്രഭാവം മൂലമുണ്ടാകുന്ന അക്കോസ്റ്റിക് പൾസുകൾ പോളി വിനൈലിഡിൻ ഫ്ലൂറൈഡ് ഫിലിമുകൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് പീസോ ഇലക്ട്രിക് ട്രാൻസ്‌ഡ്യൂസറുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് റെക്കോർഡുചെയ്‌തത്. രേഖപ്പെടുത്തിയ തരംഗരൂപവും അതിന്റെ സ്പെക്ട്രവും ചിത്രം 2 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ലേസർ പൾസുകളുടെ ആകൃതി ഒരു ഫ്രീ-റണ്ണിംഗ് മോഡ് ലേസറിന്റെ മാതൃകയാണെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്.
സാമ്പിളിന്റെ പിൻഭാഗത്ത് ലേസർ പൾസ് തീവ്രത (എ) യുടെയും ശബ്ദ വേഗതയുടെയും താൽക്കാലിക വിതരണം (ബി), ലേസർ പൾസിന്റെ സ്പെക്ട്ര (സി) യും അൾട്രാസോണിക് പൾസ് (ഡി) യും ഒരു ലേസർ പൾസിന് (നീല വക്രം) ശരാശരി 300 ലേസർ പൾസുകൾ (ചുവപ്പ് വക്രം) ആയിരുന്നു.
ലേസർ പൾസിന്റെ ലോ-ഫ്രീക്വൻസി എൻവലപ്പിനും ഹൈ-ഫ്രീക്വൻസി മോഡുലേഷനും അനുസൃതമായി, അക്കോസ്റ്റിക് ചികിത്സയുടെ ലോ-ഫ്രീക്വൻസി, ഹൈ-ഫ്രീക്വൻസി ഘടകങ്ങൾ യഥാക്രമം നമുക്ക് വ്യക്തമായി വേർതിരിച്ചറിയാൻ കഴിയും. ലേസർ പൾസ് എൻവലപ്പ് സൃഷ്ടിക്കുന്ന അക്കോസ്റ്റിക് തരംഗങ്ങളുടെ തരംഗദൈർഘ്യം \(40~\ടെക്സ്റ്റ് {സെ.മീ}} കവിയുന്നു; അതിനാൽ, അക്കോസ്റ്റിക് സിഗ്നലിന്റെ ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് ഹൈ-ഫ്രീക്വൻസി ഘടകങ്ങളുടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിൽ പ്രധാന പ്രഭാവം പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.
SLM-ലെ ഭൗതിക പ്രക്രിയകൾ സങ്കീർണ്ണവും വ്യത്യസ്ത സ്പേഷ്യൽ, ടെമ്പറൽ സ്കെയിലുകളിൽ ഒരേസമയം സംഭവിക്കുന്നതുമാണ്. അതിനാൽ, SLM-ന്റെ സൈദ്ധാന്തിക വിശകലനത്തിന് മൾട്ടി-സ്കെയിൽ രീതികൾ ഏറ്റവും അനുയോജ്യമാണ്. ഗണിതശാസ്ത്ര മോഡലുകൾ തുടക്കത്തിൽ മൾട്ടി-ഫിസിക്കൽ ആയിരിക്കണം. ഒരു നിഷ്ക്രിയ വാതക അന്തരീക്ഷവുമായി ഇടപഴകുന്ന ഒരു മൾട്ടിഫേസ് മീഡിയം "ഖര-ദ്രാവക ഉരുകൽ" യുടെ മെക്കാനിക്സും തെർമോഫിസിക്സും പിന്നീട് ഫലപ്രദമായി വിവരിക്കാൻ കഴിയും. SLM-ലെ മെറ്റീരിയൽ തെർമൽ ലോഡുകളുടെ സവിശേഷതകൾ താഴെപ്പറയുന്നവയാണ്.
\(10^{13}~\text {W} cm}^2\) വരെയുള്ള പവർ ഡെൻസിറ്റിയുള്ള പ്രാദേശികവൽക്കരിച്ച ലേസർ വികിരണം കാരണം ചൂടാക്കൽ, തണുപ്പിക്കൽ നിരക്കുകൾ \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ വരെ എത്തുന്നു.
ദ്രവണാങ്ക-ഖരീകരണ ചക്രം 1 നും \(10~\text {ms}\) നും ഇടയിൽ നീണ്ടുനിൽക്കും, ഇത് തണുപ്പിക്കൽ സമയത്ത് ഉരുകൽ മേഖലയുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള ഖരീകരണത്തിന് കാരണമാകുന്നു.
സാമ്പിൾ ഉപരിതലം വേഗത്തിൽ ചൂടാക്കുന്നത് ഉപരിതല പാളിയിൽ ഉയർന്ന തെർമോഇലാസ്റ്റിക് സമ്മർദ്ദങ്ങൾ രൂപപ്പെടുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു. പൊടി പാളിയുടെ മതിയായ ഭാഗം (20% വരെ) ശക്തമായി ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുന്നു63, ഇത് ലേസർ അബ്ലേഷന് പ്രതികരണമായി ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു അധിക മർദ്ദം ഉണ്ടാക്കുന്നു. തൽഫലമായി, പ്രേരിത സ്ട്രെയിൻ ഭാഗ ജ്യാമിതിയെ ഗണ്യമായി വളച്ചൊടിക്കുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് സപ്പോർട്ടുകൾക്കും നേർത്ത ഘടനാപരമായ ഘടകങ്ങൾക്കും സമീപം. പൾസ്ഡ് ലേസർ അനീലിംഗിലെ ഉയർന്ന ചൂടാക്കൽ നിരക്ക് ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് വ്യാപിക്കുന്ന അൾട്രാസോണിക് സ്ട്രെയിൻ തരംഗങ്ങളുടെ ഉത്പാദനത്തിന് കാരണമാകുന്നു. പ്രാദേശിക സമ്മർദ്ദത്തെയും സ്ട്രെയിൻ വിതരണത്തെയും കുറിച്ചുള്ള കൃത്യമായ അളവ് ഡാറ്റ ലഭിക്കുന്നതിന്, താപവും മാസ് ട്രാൻസ്ഫറുമായി സംയോജിപ്പിച്ച ഇലാസ്റ്റിക് ഡിഫോർമേഷൻ പ്രശ്നത്തിന്റെ ഒരു മെസോസ്കോപ്പിക് സിമുലേഷൻ നടത്തുന്നു.
മോഡലിന്റെ ഗവേണിംഗ് സമവാക്യങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു: (1) താപ ചാലകത ഫേസ് അവസ്ഥയെയും (പൊടി, ഉരുകൽ, പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ) താപനിലയെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്ന അസ്ഥിരമായ താപ കൈമാറ്റ സമവാക്യങ്ങൾ, (2) തുടർച്ച അബ്ലേഷനും തെർമോഇലാസ്റ്റിക് വികാസ സമവാക്യത്തിനും ശേഷം ഇലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദം സംഭവിക്കുന്നതിലെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ. അതിർത്തി മൂല്യ പ്രശ്നം നിർണ്ണയിക്കുന്നത് പരീക്ഷണ സാഹചര്യങ്ങളാണ്. മോഡുലേറ്റഡ് ലേസർ ഫ്ലക്സ് സാമ്പിൾ ഉപരിതലത്തിൽ നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നു. സംവഹന തണുപ്പിക്കലിൽ ചാലക താപ വിനിമയവും ബാഷ്പീകരണ പ്രവാഹവും ഉൾപ്പെടുന്നു. ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുന്ന വസ്തുവിന്റെ പൂരിത നീരാവി മർദ്ദത്തിന്റെ കണക്കുകൂട്ടലിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് മാസ് ഫ്ലക്സ് നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്. തെർമോഇലാസ്റ്റിക് സമ്മർദ്ദം താപനില വ്യത്യാസത്തിന് ആനുപാതികമായിരിക്കുന്നിടത്ത് ഇലാസ്റ്റോപ്ലാസ്റ്റിക് സ്ട്രെസ്-സ്ട്രെയിൻ ബന്ധം ഉപയോഗിക്കുന്നു. നാമമാത്രമായ പവർ \(300~\ടെക്സ്റ്റ് {W}\), ഫ്രീക്വൻസി \(10^5~\ടെക്സ്റ്റ് {Hz}\), ഫലപ്രദമായ ബീം വ്യാസത്തിന്റെ ഇടവിട്ടുള്ള ഗുണകം 100 ഉം \(200~\upmu \ടെക്സ്റ്റ് {m}} } ഉം.
ഒരു മാക്രോസ്കോപ്പിക് ഗണിത മാതൃക ഉപയോഗിച്ച് ഉരുകിയ മേഖലയുടെ സംഖ്യാ സിമുലേഷന്റെ ഫലങ്ങൾ ചിത്രം 3 കാണിക്കുന്നു. ഫ്യൂഷൻ സോണിന്റെ വ്യാസം \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) ആരം) ഉം \(40~\upmu \text {m}\) ആഴവുമാണ്. പൾസ് മോഡുലേഷന്റെ ഉയർന്ന ഇടവിട്ടുള്ള ഘടകം കാരണം ഉപരിതല താപനില \(100~\text {K}\) ആയി പ്രാദേശികമായി വ്യത്യാസപ്പെടുന്നുവെന്ന് സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. ചൂടാക്കൽ \(V_h\) ഉം തണുപ്പിക്കൽ \(V_c\) നിരക്കുകളും യഥാക്രമം \(10^7\) ഉം \(10^6~\text {K}/\text {s}\) ഉം ആണ്. ഈ മൂല്യങ്ങൾ ഞങ്ങളുടെ മുൻ വിശകലനവുമായി നല്ല യോജിപ്പിലാണ്64. \(V_h\) നും \(V_c\) നും ഇടയിലുള്ള മാഗ്നിറ്റ്യൂഡ് ക്രമ വ്യത്യാസം ഉപരിതല പാളിയുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള അമിത ചൂടാക്കലിന് കാരണമാകുന്നു, അവിടെ അടിവസ്ത്രത്തിലേക്കുള്ള താപ ചാലകം താപം നീക്കം ചെയ്യാൻ പര്യാപ്തമല്ല. അതിനാൽ, at \(t=26~\upmu \text {s}\) ഉപരിതല താപനില \(4800~\text {K}\) വരെ ഉയരും. വസ്തുവിന്റെ ശക്തമായ ബാഷ്പീകരണം സാമ്പിൾ ഉപരിതലത്തെ അമിതമായ സമ്മർദ്ദത്തിന് വിധേയമാക്കുകയും പുറംതള്ളുകയും ചെയ്യും.
316L സാമ്പിൾ പ്ലേറ്റിൽ സിംഗിൾ ലേസർ പൾസ് അനീലിംഗിന്റെ ഉരുകൽ മേഖലയുടെ സംഖ്യാ സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ. പൾസിന്റെ ആരംഭം മുതൽ ഉരുകിയ പൂളിന്റെ ആഴം വരെയുള്ള സമയം പരമാവധി മൂല്യത്തിൽ എത്തുന്ന സമയം \(180~\upmu\text {s}\) ആണ്. ഐസോതെർമ്\(T = T_L = 1723~\text {K}\) ദ്രാവക, ഖര ഘട്ടങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള അതിർത്തിയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ഐസോബാറുകൾ (മഞ്ഞ വരകൾ) അടുത്ത വിഭാഗത്തിൽ താപനിലയുടെ ഒരു ഫംഗ്‌ഷനായി കണക്കാക്കിയ യീൽഡ് സ്ട്രെസ്സുമായി യോജിക്കുന്നു. അതിനാൽ, രണ്ട് ഐസോലിനുകൾ (ഐസോതെർമുകൾ\(T=T_L\) ഉം ഐസോബാറുകൾ\(\sigma =\sigma _V(T)\) ഉം തമ്മിലുള്ള ഡൊമെയ്‌നിൽ, ഖര ഘട്ടം ശക്തമായ മെക്കാനിക്കൽ ലോഡുകൾക്ക് വിധേയമാകുന്നു, ഇത് സൂക്ഷ്മഘടനയിൽ മാറ്റങ്ങൾക്ക് കാരണമായേക്കാം.
ചിത്രം 4a-യിൽ ഈ പ്രഭാവം കൂടുതൽ വിശദീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, അവിടെ ഉരുകിയ മേഖലയിലെ മർദ്ദ നില ഉപരിതലത്തിൽ നിന്നുള്ള സമയത്തിന്റെയും ദൂരത്തിന്റെയും ഒരു പ്രവർത്തനമായി പ്ലോട്ട് ചെയ്തിരിക്കുന്നു. ഒന്നാമതായി, മുകളിലുള്ള ചിത്രം 2-ൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്ന ലേസർ പൾസ് തീവ്രതയുടെ മോഡുലേഷനുമായി സമ്മർദ്ദ സ്വഭാവം ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഏകദേശം \(t=26~\upmu-ൽ ഏകദേശം \(10~\text {MPa}\) പരമാവധി മർദ്ദം \text{s}\) നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു. രണ്ടാമതായി, നിയന്ത്രണ പോയിന്റിലെ പ്രാദേശിക മർദ്ദത്തിന്റെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലിന് \(500~\text {kHz}\) എന്ന ആവൃത്തിയുടെ അതേ ആന്ദോളന സ്വഭാവസവിശേഷതകളുണ്ട്. ഇതിനർത്ഥം അൾട്രാസോണിക് മർദ്ദ തരംഗങ്ങൾ ഉപരിതലത്തിൽ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുകയും തുടർന്ന് അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് വ്യാപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നാണ്.
ദ്രവണാങ്ക മേഖലയ്ക്ക് സമീപമുള്ള രൂപഭേദ മേഖലയുടെ കണക്കാക്കിയ സവിശേഷതകൾ ചിത്രം 4b-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ലേസർ അബ്ലേഷനും തെർമോഇലാസ്റ്റിക് സമ്മർദ്ദവും അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് വ്യാപിക്കുന്ന ഇലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദ തരംഗങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ചിത്രത്തിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, സമ്മർദ്ദം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് രണ്ട് ഘട്ടങ്ങളുണ്ട്. \(t < 40~\upmu \text {s}\) ന്റെ ആദ്യ ഘട്ടത്തിൽ, ഉപരിതല മർദ്ദത്തിന് സമാനമായ ഒരു മോഡുലേഷനോടെ മൈസസ് സമ്മർദ്ദം \(8~\text {MPa}\) ആയി ഉയരുന്നു. ലേസർ അബ്ലേഷൻ മൂലമാണ് ഈ സമ്മർദ്ദം സംഭവിക്കുന്നത്, കൂടാതെ പ്രാരംഭ താപ-ബാധിത മേഖല വളരെ ചെറുതായതിനാൽ നിയന്ത്രണ പോയിന്റുകളിൽ തെർമോഇലാസ്റ്റിക് സമ്മർദ്ദം നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടില്ല. അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് താപം വ്യാപിക്കുമ്പോൾ, നിയന്ത്രണ പോയിന്റ് \(40~\text {MPa}\) ന് മുകളിൽ ഉയർന്ന തെർമോഇലാസ്റ്റിക് സമ്മർദ്ദം സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
ലഭിച്ച മോഡുലേറ്റഡ് സ്ട്രെസ് ലെവലുകൾ ഖര-ദ്രാവക ഇന്റർഫേസിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു, കൂടാതെ ഖരീകരണ പാതയെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന നിയന്ത്രണ സംവിധാനമായിരിക്കാം. രൂപഭേദം വരുത്തുന്ന മേഖലയുടെ വലുപ്പം ഉരുകുന്ന മേഖലയേക്കാൾ 2 മുതൽ 3 മടങ്ങ് വരെ വലുതാണ്. ചിത്രം 3 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഉരുകുന്ന ഐസോതെർമിന്റെ സ്ഥാനവും വിളവ് സമ്മർദ്ദത്തിന് തുല്യമായ സമ്മർദ്ദ നിലയും താരതമ്യം ചെയ്യുന്നു. ഇതിനർത്ഥം പൾസ്ഡ് ലേസർ വികിരണം തൽക്ഷണ സമയത്തെ ആശ്രയിച്ച് 300 നും \(800~\upmu \text {m}\) നും ഇടയിൽ ഫലപ്രദമായ വ്യാസമുള്ള പ്രാദേശികവൽക്കരിച്ച പ്രദേശങ്ങളിൽ ഉയർന്ന മെക്കാനിക്കൽ ലോഡുകൾ നൽകുന്നു എന്നാണ്.
അതിനാൽ, പൾസ്ഡ് ലേസർ അനീലിംഗിന്റെ സങ്കീർണ്ണമായ മോഡുലേഷൻ അൾട്രാസോണിക് പ്രഭാവത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. അൾട്രാസോണിക് ലോഡിംഗ് ഇല്ലാതെ SLM നെ അപേക്ഷിച്ച് മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ സെലക്ഷൻ പാത്ത്വേ വ്യത്യസ്തമാണ്. വികലമായ അസ്ഥിരമായ പ്രദേശങ്ങൾ സോളിഡ് ഘട്ടത്തിൽ കംപ്രഷന്റെയും സ്ട്രെച്ചിംഗിന്റെയും ആനുകാലിക ചക്രങ്ങളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. അങ്ങനെ, പുതിയ ധാന്യ അതിരുകളുടെയും ഉപഗ്രെയിൻ അതിരുകളുടെയും രൂപീകരണം സാധ്യമാകുന്നു. അതിനാൽ, താഴെ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, സൂക്ഷ്മഘടനാപരമായ ഗുണങ്ങൾ മനഃപൂർവ്വം മാറ്റാൻ കഴിയും. ലഭിച്ച നിഗമനങ്ങൾ പൾസ് മോഡുലേഷൻ-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് അൾട്രാസൗണ്ട്-ഡ്രൈവൺ SLM പ്രോട്ടോടൈപ്പ് രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാനുള്ള സാധ്യത നൽകുന്നു. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, മറ്റെവിടെയെങ്കിലും ഉപയോഗിക്കുന്ന പീസോ ഇലക്ട്രിക് ഇൻഡക്റ്റർ 26 ഒഴിവാക്കാം.
(എ) സമയത്തിന്റെ ഒരു ഫംഗ്‌ഷനായി മർദ്ദം, സമമിതിയുടെ അച്ചുതണ്ടിലൂടെ 0, 20, \(40~\upmu \text {m}\) എന്നീ പ്രതലങ്ങളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്ത ദൂരങ്ങളിൽ കണക്കാക്കുന്നു. (ബി) സാമ്പിൾ പ്രതലത്തിൽ നിന്ന് 70, 120, \(170~\upmu \text {m}\) എന്നീ ദൂരങ്ങളിൽ ഒരു സോളിഡ് മാട്രിക്സിൽ കണക്കാക്കുന്ന സമയ-ആശ്രിത വോൺ മൈസസ് സമ്മർദ്ദം.
AISI 321H സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ പ്ലേറ്റുകളിൽ \(20\times 20\times 5~\text {mm}) അളവുകളുള്ള പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി. ഓരോ ലേസർ പൾസിനു ശേഷവും, പ്ലേറ്റ് \(50~\upmu \text {m}\) നീങ്ങുന്നു, കൂടാതെ ലക്ഷ്യ പ്രതലത്തിലെ ലേസർ ബീം അരക്കെട്ട് ഏകദേശം \(100~\upmu \text {m}\) ആണ്. ധാന്യ ശുദ്ധീകരണത്തിനായി സംസ്കരിച്ച വസ്തുക്കളുടെ പുനർഉൽപാദനത്തിന് പ്രേരിപ്പിക്കുന്നതിന് ഒരേ ട്രാക്കിലൂടെ തുടർച്ചയായി അഞ്ച് ബീം പാസുകൾ വരെ നടത്തുന്നു. എല്ലാ സാഹചര്യങ്ങളിലും, ലേസർ വികിരണത്തിന്റെ ഓസിലേറ്ററി ഘടകത്തെ ആശ്രയിച്ച്, പുനർഉൽപാദന മേഖല സോണിക്കേറ്റ് ചെയ്യപ്പെട്ടു. ഇത് ശരാശരി ധാന്യ വിസ്തൃതിയിൽ 5 മടങ്ങ് കുറവുണ്ടാക്കുന്നു. ലേസർ-ഉൽപാദന മേഖലയുടെ സൂക്ഷ്മഘടന തുടർന്നുള്ള പുനർഉൽപാദന ചക്രങ്ങളുടെ (പാസുകൾ) എണ്ണത്തിനനുസരിച്ച് എങ്ങനെ മാറുന്നുവെന്ന് ചിത്രം 5 കാണിക്കുന്നു.
സബ്പ്ലോട്ടുകൾ (a,d,g,j) ഉം (b,e,h,k) ഉം - ലേസർ ഉരുകിയ പ്രദേശങ്ങളുടെ സൂക്ഷ്മഘടന, സബ്പ്ലോട്ടുകൾ (c,f,i,l) - നിറമുള്ള ധാന്യങ്ങളുടെ വിസ്തീർണ്ണ വിതരണം. ഷേഡിംഗ് ഹിസ്റ്റോഗ്രാം കണക്കാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന കണങ്ങളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. നിറങ്ങൾ ധാന്യ മേഖലകളുമായി യോജിക്കുന്നു (ഹിസ്റ്റോഗ്രാമിന്റെ മുകളിലുള്ള കളർ ബാർ കാണുക. സബ്പ്ലോട്ടുകൾ (ac) സംസ്കരിക്കാത്ത സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീലുമായി യോജിക്കുന്നു, സബ്പ്ലോട്ടുകൾ (df), (gi), (jl) 1, 3, 5 റീമെൽറ്റുകളുമായി യോജിക്കുന്നു.
തുടർന്നുള്ള പാസുകൾക്കിടയിൽ ലേസർ പൾസ് ഊർജ്ജം മാറാത്തതിനാൽ, ഉരുകിയ സോണിന്റെ ആഴം ഒന്നുതന്നെയാണ്. അങ്ങനെ, തുടർന്നുള്ള ചാനൽ മുമ്പത്തേതിനെ പൂർണ്ണമായും "മൂടുന്നു". എന്നിരുന്നാലും, പാസുകളുടെ എണ്ണം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് ശരാശരി, മീഡിയൻ ഗ്രെയിൻ ഏരിയ കുറയുന്നുവെന്ന് ഹിസ്റ്റോഗ്രാം കാണിക്കുന്നു. ലേസർ ഉരുകുന്നതിന് പകരം അടിവസ്ത്രത്തിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നതെന്ന് ഇത് സൂചിപ്പിക്കാം.
ഉരുകിയ കുളം വേഗത്തിൽ തണുപ്പിക്കുന്നത് മൂലമാകാം ധാന്യ ശുദ്ധീകരണം. സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ പ്ലേറ്റുകളുടെ (321H ഉം 316L ഉം) ഉപരിതലങ്ങൾ അന്തരീക്ഷത്തിലെ തുടർച്ചയായ തരംഗ ലേസർ വികിരണത്തിനും (ചിത്രം 6) വാക്വം (ചിത്രം 7) വിധേയമാക്കിയ മറ്റൊരു പരീക്ഷണവും നടത്തി. ശരാശരി ലേസർ പവറും (യഥാക്രമം 300 W ഉം 100 W ഉം) ഉരുകിയ പൂൾ ആഴവും ഫ്രീ-റണ്ണിംഗ് മോഡിൽ Nd:YAG ലേസറിന്റെ പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾക്ക് അടുത്താണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഒരു സാധാരണ കോളം ഘടന നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു.
തുടർച്ചയായ തരംഗ ലേസറിന്റെ ലേസർ ഉരുകിയ ഭാഗത്തിന്റെ സൂക്ഷ്മഘടന (300 W സ്ഥിരമായ പവർ, 200 mm/s സ്കാൻ വേഗത, AISI 321H സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ).
(എ) തുടർച്ചയായ വേവ് ലേസർ (100 W സ്ഥിരമായ പവർ, 200 mm/s സ്കാൻ വേഗത, AISI 316L സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ)\ (\sim 2~\text {mbar}\) ഉപയോഗിച്ച് വാക്വം ലേസർ-ഉരുകിയ പ്രദേശത്തിന്റെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറും (ബി) ഇലക്ട്രോൺ ബാക്ക്‌സ്‌കാറ്റർ ഡിഫ്രാക്ഷൻ ചിത്രങ്ങളും.
അതിനാൽ, ലേസർ പൾസ് തീവ്രതയുടെ സങ്കീർണ്ണമായ മോഡുലേഷൻ ഫലമായുണ്ടാകുന്ന സൂക്ഷ്മഘടനയിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നുവെന്ന് വ്യക്തമായി കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ പ്രഭാവം യാന്ത്രിക സ്വഭാവമുള്ളതാണെന്നും ഉരുകിയതിന്റെ വികിരണം ചെയ്ത പ്രതലത്തിൽ നിന്ന് സാമ്പിളിലേക്ക് ആഴത്തിൽ വ്യാപിക്കുന്ന അൾട്രാസോണിക് വൈബ്രേഷനുകളുടെ ഉത്പാദനം മൂലമാണെന്നും ഞങ്ങൾ വിശ്വസിക്കുന്നു. 13, 26, 34, 66, 67 എന്നിവയിൽ ബാഹ്യ പീസോ ഇലക്ട്രിക് ട്രാൻസ്‌ഡ്യൂസറുകളും സോണോട്രോഡുകളും ഉപയോഗിച്ച് സമാനമായ ഫലങ്ങൾ ലഭിച്ചു, ഇത് Ti-6Al-4V അലോയ് 26, സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ 34 എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ വസ്തുക്കളിൽ ഉയർന്ന തീവ്രതയുള്ള അൾട്രാസൗണ്ട് നൽകുന്നു. സാധ്യമായ സംവിധാനം ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ ഊഹിക്കപ്പെടുന്നു. അൾട്രാഫാസ്റ്റ് ഇൻ സിറ്റു സിൻക്രോട്രോൺ എക്സ്-റേ ഇമേജിംഗിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, തീവ്രമായ അൾട്രാസൗണ്ട് അക്കോസ്റ്റിക് കാവിറ്റേഷന് കാരണമാകും. കാവിറ്റേഷൻ കുമിളകളുടെ തകർച്ച ഉരുകിയ വസ്തുക്കളിൽ ഷോക്ക് തരംഗങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, അതിന്റെ മുൻവശത്തെ മർദ്ദം ഏകദേശം \(100~\text {MPa}\)69 വരെ എത്തുന്നു. അത്തരം ഷോക്ക് തരംഗങ്ങൾ ബൾക്ക് ദ്രാവകങ്ങളിൽ നിർണായക വലുപ്പത്തിലുള്ള സോളിഡ്-ഫേസ് ന്യൂക്ലിയസുകളുടെ രൂപീകരണത്തെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിന് പര്യാപ്തമായിരിക്കാം, ഇത് സാധാരണ കോളം ധാന്യത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു. ലെയർ-ബൈ-ലെയർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണത്തിന്റെ ഘടന.
തീവ്രമായ സോണിക്കേഷൻ വഴി ഘടനാപരമായ പരിഷ്കരണത്തിന് ഉത്തരവാദിയായ മറ്റൊരു സംവിധാനം ഞങ്ങൾ ഇവിടെ നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. ഖരീകരണത്തിന് തൊട്ടുപിന്നാലെ, മെറ്റീരിയൽ ദ്രവണാങ്കത്തിന് സമീപമുള്ള ഉയർന്ന താപനിലയിലാണ്, കൂടാതെ വളരെ കുറഞ്ഞ വിളവ് സമ്മർദ്ദവുമുണ്ട്. ചൂടുള്ളതും വെറും ഖരരൂപത്തിലുള്ളതുമായ വസ്തുവിന്റെ ധാന്യ ഘടനയിൽ മാറ്റം വരുത്താൻ തീവ്രമായ അൾട്രാസോണിക് തരംഗങ്ങൾക്ക് പ്ലാസ്റ്റിക് പ്രവാഹത്തിന് കാരണമാകും. എന്നിരുന്നാലും, വിളവ് സമ്മർദ്ദത്തിന്റെ താപനില ആശ്രിതത്വത്തെക്കുറിച്ചുള്ള വിശ്വസനീയമായ പരീക്ഷണ ഡാറ്റ \(T\lesssim 1150~\text {K}\) ൽ ലഭ്യമാണ് (ചിത്രം 8 കാണുക). അതിനാൽ, ഈ സിദ്ധാന്തം പരീക്ഷിക്കുന്നതിനായി, ദ്രവണാങ്കത്തിനടുത്തുള്ള വിളവ് സമ്മർദ്ദ സ്വഭാവം വിലയിരുത്തുന്നതിനായി AISI 316 L സ്റ്റീലിന് സമാനമായ ഒരു Fe-Cr-Ni ഘടനയുടെ മോളിക്യുലാർ ഡൈനാമിക്സ് (MD) സിമുലേഷനുകൾ ഞങ്ങൾ നടത്തി. വിളവ് സമ്മർദ്ദം കണക്കാക്കാൻ, 70, 71, 72, 73-ൽ വിശദമാക്കിയിട്ടുള്ള MD ഷിയർ സ്ട്രെസ് റിലാക്സേഷൻ ടെക്നിക് ഞങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചു. ഇന്ററാറ്റോമിക് ഇന്ററാക്ഷൻ കണക്കുകൂട്ടലുകൾക്കായി, 74.MD സിമുലേഷനുകളിൽ നിന്നുള്ള എംബഡഡ് ആറ്റോമിക് മോഡൽ (EAM) ഞങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചു. MD സിമുലേഷനുകളുടെ വിശദാംശങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിക്കും. മറ്റെവിടെയെങ്കിലും. താപനിലയുടെ ഒരു പ്രവർത്തനമായി വിളവ് സമ്മർദ്ദത്തിന്റെ MD കണക്കുകൂട്ടൽ ഫലങ്ങൾ ചിത്രം 8-ൽ ലഭ്യമായ പരീക്ഷണ ഡാറ്റയും മറ്റ് വിലയിരുത്തലുകളും 77,78,79,80,81,82-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.
AISI ഗ്രേഡ് 316 ഓസ്റ്റെനിറ്റിക് സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീലിനുള്ള യീൽഡ് സ്ട്രെസ്, MD സിമുലേഷനുകൾക്കുള്ള മോഡൽ കോമ്പോസിഷൻ vs താപനില. റഫറൻസുകളിൽ നിന്നുള്ള പരീക്ഷണാത്മക അളവുകൾ: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. ലേസർ സഹായത്തോടെയുള്ള അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സമയത്ത് ഇൻ-ലൈൻ സ്ട്രെസ് അളക്കുന്നതിനുള്ള യീൽഡ് സ്ട്രെസ്-താപനില ആശ്രിതത്വത്തിന്റെ ഒരു അനുഭവപരമായ മാതൃകയാണ്. (f)82 എന്നത് കാണുക. ഈ പഠനത്തിലെ വലിയ തോതിലുള്ള MD സിമുലേഷനുകളുടെ ഫലങ്ങൾ, ഹാൾ-പെറ്റ് ബന്ധം വഴി ശരാശരി ധാന്യ വലുപ്പം കണക്കിലെടുത്ത്, ഒരു വൈകല്യമില്ലാത്ത അനന്തമായ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലിന് \(\vartriangleleft\) എന്നും പരിമിത ധാന്യങ്ങൾക്ക് \(\vartriangleright\) എന്നും സൂചിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. അളവുകൾ\(d = 50~\upmu \text {m}\).
\(T>1500~\text {K}) ൽ യീൽഡ് സ്ട്രെസ് \(40~\text {MPa}\) ന് താഴെയായി കുറയുന്നതായി കാണാൻ കഴിയും. മറുവശത്ത്, ലേസർ ജനറേറ്റ് ചെയ്യുന്ന അൾട്രാസോണിക് ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡ് \(40~\text {MPa}\) കവിയുന്നുവെന്ന് കണക്കാക്കുന്നു (ചിത്രം 4b കാണുക), ഇത് ഇപ്പോൾ ഖരമാക്കിയ ചൂടുള്ള വസ്തുക്കളിൽ പ്ലാസ്റ്റിക് ഒഴുക്ക് പ്രേരിപ്പിക്കാൻ പര്യാപ്തമാണ്.
SLM സമയത്ത് 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) ഓസ്റ്റെനിറ്റിക് സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീലിന്റെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ രൂപീകരണം ഒരു സങ്കീർണ്ണമായ തീവ്രത-മോഡുലേറ്റഡ് പൾസ്ഡ് ലേസർ ഉറവിടം ഉപയോഗിച്ച് പരീക്ഷണാത്മകമായി അന്വേഷിച്ചു.
1, 3 അല്ലെങ്കിൽ 5 പാസുകൾക്ക് ശേഷം തുടർച്ചയായ ലേസർ റീമെൽറ്റിംഗ് കാരണം ലേസർ ദ്രവണാങ്ക മേഖലയിലെ ധാന്യ വലുപ്പത്തിൽ കുറവ് കണ്ടെത്തി.
അൾട്രാസോണിക് രൂപഭേദം സോളിഡിഫിക്കേഷൻ ഫ്രണ്ടിനെ പോസിറ്റീവ് ആയി ബാധിച്ചേക്കാവുന്ന പ്രദേശത്തിന്റെ കണക്കാക്കിയ വലിപ്പം \(1~\text {mm}) വരെയാണെന്ന് മാക്രോസ്കോപ്പിക് മോഡലിംഗ് കാണിക്കുന്നു.
മൈക്രോസ്കോപ്പിക് എംഡി മോഡൽ കാണിക്കുന്നത് AISI 316 ഓസ്റ്റെനിറ്റിക് സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീലിന്റെ വിളവ് ശക്തി ദ്രവണാങ്കത്തിനടുത്ത് \(40~\text {MPa}\) ആയി ഗണ്യമായി കുറയുന്നു എന്നാണ്.
ലഭിച്ച ഫലങ്ങൾ സങ്കീർണ്ണമായ മോഡുലേറ്റഡ് ലേസർ പ്രോസസ്സിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് വസ്തുക്കളുടെ സൂക്ഷ്മഘടന നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു രീതി നിർദ്ദേശിക്കുന്നു, കൂടാതെ പൾസ്ഡ് SLM സാങ്കേതികതയുടെ പുതിയ പരിഷ്കാരങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള അടിസ്ഥാനമായി ഇത് വർത്തിക്കും.
ലിയു, വൈ. തുടങ്ങിയവർ. ലേസർ സെലക്ടീവ് മെൽറ്റിംഗ് വഴിയുള്ള ഇൻ സിറ്റു TiB2/AlSi10Mg കമ്പോസിറ്റുകളുടെ സൂക്ഷ്മഘടനാ പരിണാമവും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും [J].ജെ. അലോയ്‌സ്.കോമ്പൗണ്ട്.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
ഗാവോ, എസ്. തുടങ്ങിയവർ. 316L സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീലിന്റെ ലേസർ സെലക്ടീവ് മെൽറ്റിംഗിന്റെ റീക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ ഗ്രെയിൻ ബൗണ്ടറി എഞ്ചിനീയറിംഗ് [J]. ജേണൽ ഓഫ് ആൽമ മേറ്റർ.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
ചെൻ, എക്സ്. & ക്യു, സി. ലേസർ-ഉരുകിയ ടൈറ്റാനിയം അലോയ്കളുടെ ലേസർ വീണ്ടും ചൂടാക്കുന്നതിലൂടെ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ ഡക്റ്റിലിറ്റി ഉള്ള സാൻഡ്‌വിച്ച് മൈക്രോസ്ട്രക്ചറുകളുടെ ഇൻ സിറ്റു വികസനം. സയൻസ്.പ്രതിനിധി 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
അസാർനിയ, എ. തുടങ്ങിയവർ. ലേസർ മെറ്റൽ ഡിപ്പോസിഷൻ (LMD) വഴി Ti-6Al-4V ഭാഗങ്ങളുടെ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം: പ്രക്രിയ, മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ, മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ.ജെ. അലോയ്സ്.കോമ്പൗണ്ട്.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
കുമാര, സി. തുടങ്ങിയവർ. ലേസർ ലോഹപ്പൊടിയുടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറൽ മോഡലിംഗ് അലോയ് 718 ന്റെ ഊർജ്ജ നിക്ഷേപം സംവിധാനം ചെയ്തു. ചേർക്കുക. 25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
ബുസി, എം. തുടങ്ങിയവർ. ലേസർ ഷോക്ക് പീനിംഗ് വഴി ചികിത്സിച്ച അഡിറ്റീവ്ലി മാനുഫാക്ചേർഡ് സാമ്പിളുകളെക്കുറിച്ചുള്ള പാരാമെട്രിക് ന്യൂട്രോൺ ബ്രാഗ് എഡ്ജ് ഇമേജിംഗ് പഠനം. സയൻസ്. പ്രതിനിധി 11, 14919. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
ടാൻ, എക്സ്. തുടങ്ങിയവർ. ഇലക്ട്രോൺ ബീം ഉരുകൽ വഴി സങ്കലനപരമായി നിർമ്മിച്ച Ti-6Al-4V യുടെ ഗ്രേഡിയന്റ് മൈക്രോസ്ട്രക്ചറും മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും. അൽമ മേറ്റർ ജേണൽ.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).