Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीला CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अपडेटेड ब्राउझर वापरा (किंवा Internet Explorer मधील सुसंगतता मोड बंद करा). दरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि JavaScript शिवाय साइट प्रदर्शित करू.
उत्पादन प्रक्रियेतील उत्पादनांच्या सूक्ष्म संरचना नियंत्रित करण्यासाठी निवडक लेसर वितळण्यावर आधारित एक नवीन यंत्रणा प्रस्तावित आहे. ही यंत्रणा जटिल तीव्रता-मॉड्युलेटेड लेसर इरॅडिएशनद्वारे वितळलेल्या पूलमध्ये उच्च-तीव्रतेच्या अल्ट्रासोनिक लहरींच्या निर्मितीवर अवलंबून आहे. प्रायोगिक अभ्यास आणि संख्यात्मक पद्धतीने हे तांत्रिकदृष्ट्या सिम्युलेशनमध्ये प्रभावीपणे नियंत्रित केले जाऊ शकते आणि तांत्रिकदृष्ट्या नियंत्रित केले जाऊ शकते. आधुनिक निवडक लेसर वितळण्याची मशीन.
अलिकडच्या दशकात जटिल-आकाराच्या भागांचे ऍडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग (AM) लक्षणीयरीत्या वाढले आहे. तथापि, निवडक लेसर मेल्टिंग (SLM)1,2,3, डायरेक्ट लेझर मेटल डिपॉझिशन 4,5,6, इलेक्ट्रॉन बीम मेल्टिंग7,8 आणि इतर 9,10 यासह विविध प्रकारच्या ऍडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रिया असूनही, या भागांचे मुख्य दोष हे घनतेचे वैशिष्ट्य आहे. उच्च थर्मल ग्रेडियंट्स, उच्च शीतकरण दर आणि सामग्री वितळणे आणि वितळणे यामधील गरम चक्रांची जटिलता 11 , ज्यामुळे एपिटॅक्सियल धान्याची वाढ आणि लक्षणीय सच्छिद्रता येते.12,13 ने दर्शविले की थर्मल ग्रेडियंट्स, कूलिंग रेट आणि मिश्र धातुची रचना नियंत्रित करणे आवश्यक आहे किंवा अल्ट्रासाऊंड सारख्या विविध गुणधर्मांच्या बाह्य फील्डद्वारे अतिरिक्त भौतिक झटके लागू करणे आवश्यक आहे.
पारंपारिक कास्टिंग प्रक्रियेमध्ये घनीकरण प्रक्रियेवर कंपन प्रक्रियेच्या प्रभावाशी असंख्य प्रकाशने संबंधित आहेत14,15. तथापि, मोठ्या प्रमाणात वितळण्यासाठी बाह्य फील्ड लागू केल्याने इच्छित सामग्री मायक्रोस्ट्रक्चर तयार होत नाही. जर द्रव अवस्थेचे प्रमाण लहान असेल तर परिस्थिती नाटकीयरित्या बदलते. या प्रकरणात, बाह्य क्षेत्र, घनतेच्या प्रक्रियेवर, घनतेच्या क्षेत्रावर लक्षणीय परिणाम करते. 0,21,22,23,24,25,26,27, आर्क स्टिरिंग28 आणि ऑसिलेशन29, स्पंदित प्लाझ्मा आर्क्स 30,31 दरम्यान इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इफेक्ट्स 30,31 आणि इतर पद्धती32 विचारात घेतल्या गेल्या आहेत .बाह्य उच्च-तीव्रतेचा अल्ट्रासाऊंड वापरून सब्सट्रेटशी संलग्न करा. कमी तापमान ग्रेडियंट आणि पोकळ्या निर्माण करून नवीन स्फटिक तयार करण्यासाठी अल्ट्रासाऊंड वाढीमुळे वाढलेला घटक सबकूलिंग झोन.
या कामात, आम्ही वितळलेल्या लेसरद्वारेच व्युत्पन्न केलेल्या ध्वनी लहरींसह वितळलेल्या पूलला sonicating करून austenitic स्टेनलेस स्टील्सच्या धान्य संरचनेत बदल करण्याची शक्यता तपासली. प्रकाश-शोषक माध्यमावरील लेसर विकिरण घटनेच्या तीव्रतेचे मॉड्यूलेशन परिणामी, अल्ट्रासॉनिक सामग्रीमध्ये अल्ट्रासॉनिक वेव्ह तयार करते. डायएशन विद्यमान SLM 3D प्रिंटरमध्ये सहजपणे समाकलित केले जाऊ शकते. या कामातील प्रयोग स्टेनलेस स्टील प्लेट्सवर केले गेले ज्यांचे पृष्ठभाग तीव्रता-मॉड्युलेटेड लेसर रेडिएशनच्या संपर्कात होते. म्हणून, तांत्रिकदृष्ट्या, लेसर पृष्ठभाग उपचार केले जातात. तथापि, अशा लेसर उपचार प्रत्येक लेयरच्या पृष्ठभागावर केले गेल्यास, लेयर-बाय-लेअर, व्हॉल्यूम किंवा बिल्ड-अप पार्ट्सच्या निवडलेल्या भागांवर संपूर्ण प्रभाव पडतो. हा भाग थराने थर बांधला आहे, प्रत्येक लेयरचे लेसर पृष्ठभाग उपचार "लेझर व्हॉल्यूम ट्रीटमेंट" च्या समतुल्य आहे.
प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) हॉर्न-आधारित अल्ट्रासोनिक थेरपीमध्ये, उभ्या ध्वनी लहरीची अल्ट्रासोनिक ऊर्जा संपूर्ण घटकामध्ये वितरीत केली जाते, तर लेसर-प्रेरित अल्ट्रासोनिक तीव्रता ज्या ठिकाणी लेसर विकिरण शोषले जाते त्या बिंदूजवळ जास्त केंद्रित असते. एसएलएममध्ये सोनोट्रोडचा वापर केल्याने SLM वरच्या पृष्ठभागावर पावडर तयार करणे आवश्यक आहे. ation स्थिर राहिले पाहिजे. शिवाय, भागाच्या वरच्या पृष्ठभागावर कोणताही यांत्रिक ताण नसतो. म्हणून, ध्वनिक ताण शून्याच्या जवळ असतो आणि भागाच्या संपूर्ण वरच्या पृष्ठभागावर कणाचा वेग जास्तीत जास्त मोठेपणा असतो. संपूर्ण वितळलेल्या पूलमधील आवाजाचा दाब कमाल दाबाच्या 0.1% पेक्षा जास्त असू शकत नाही, कारण welng हेडिंग वेव्हल 2 च्या वेव्हल प्रेशरच्या 0.1% पेक्षा जास्त असते. स्टेनलेस स्टीलमध्ये Hz आहे \(\sim 0.3~\text {m}\), आणि खोली सामान्यतः \(\sim 0.3~\text {mm}\) पेक्षा कमी असते. त्यामुळे, पोकळ्या निर्माण करण्यावर अल्ट्रासाऊंडचा प्रभाव कमी असू शकतो.
हे नोंद घ्यावे की थेट लेसर मेटल डिपॉझिशनमध्ये तीव्रता-मॉड्युलेटेड लेसर रेडिएशनचा वापर हे संशोधनाचे सक्रिय क्षेत्र आहे 35,36,37,38.
लेसर रेडिएशन घटनेचे माध्यमावरील थर्मल इफेक्ट्स जवळजवळ सर्व मटेरियल प्रोसेसिंग लेसर तंत्र 39, 40 साठी आधार आहेत, जसे की कटिंग 41, वेल्डींग, हार्डनिंग, ड्रिलिंग 42, पृष्ठभाग साफ करणे, पृष्ठभाग मिश्रित करणे, पृष्ठभाग पॉलिश करणे 43, इ. मटेरियल प्रोसेसिंग तंत्रज्ञान आणि सारांशित प्राथमिक आणि 4 मधील अनेक परिणाम, 4 पुनरावलोकने 4 मधील प्राथमिक आणि परिणाम.
हे लक्षात घेतले पाहिजे की माध्यमावरील कोणतीही स्थिर नसलेली क्रिया, शोषक माध्यमावरील लेसिंग क्रियेसह, त्यातील ध्वनिक लहरींच्या उत्तेजित होण्यामध्ये कमी किंवा कमी कार्यक्षमतेने परिणाम होतो. सुरुवातीला, मुख्य लक्ष द्रवपदार्थांमधील लहरींच्या लेसर उत्तेजिततेवर आणि विविध थर्मल उत्तेजित यंत्रणा, ध्वनी, कॉन्ट्रॅक्ट व्हॉल्यूम, कॉन्ट्रॅक्ट व्हॉल्यूम 7 (थर्मल एक्सटेशन फेज) इ. , 48, 49.असंख्य मोनोग्राफ 50, 51, 52 या प्रक्रियेचे सैद्धांतिक विश्लेषण आणि त्याचे संभाव्य व्यावहारिक उपयोग प्रदान करतात.
त्यानंतर या मुद्द्यांविषयी विविध परिषदांमध्ये चर्चा केली गेली आणि अल्ट्रासाऊंडच्या लेसर उत्तेजनामध्ये लेसर टेक्नॉलॉजी 53 आणि मेडिसिनच्या दोन्ही औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये अनुप्रयोग आहेत. म्हणूनच, असे मानले जाऊ शकते की पल्स केलेल्या लेसर लाइटच्या प्रक्रियेची मूलभूत संकल्पना ज्याद्वारे शोषक माध्यमावर कार्य करते.
सामग्रीवर लेसर-व्युत्पन्न शॉक वेव्हचा प्रभाव हा लेसर शॉक पेनिंगचा आधार आहे 57,58,59, ज्याचा वापर अॅडिटिव्हली उत्पादित भागांच्या पृष्ठभागाच्या उपचारांसाठी देखील केला जातो 60. तथापि, लेसर शॉक मजबूत करणे नॅनोसेकंद लेसर डाळी आणि यांत्रिकरित्या लोड केलेल्या पृष्ठभागांवर (उदा., द्रवपदार्थाच्या थरासह) 59 पीक लोड केल्याने दबाव वाढतो.
घन पदार्थांच्या सूक्ष्म संरचनेवर विविध भौतिक क्षेत्रांच्या संभाव्य परिणामांची तपासणी करण्यासाठी प्रयोग केले गेले. प्रायोगिक सेटअपचे कार्यात्मक आकृती आकृती 1 मध्ये दर्शविले गेले आहे. ए स्पंदित Nd: YAG सॉलिड-स्टेट लेसर फ्री-रनिंग मोडमध्ये कार्यरत आहे (पल्स कालावधी \(\tau _L \sim 150) ला la ser द्वारे पास केले जाते. यूट्रल डेन्सिटी फिल्टर्स आणि बीम स्प्लिटर प्लेट सिस्टम. न्यूट्रल डेन्सिटी फिल्टर्सच्या संयोजनावर अवलंबून, लक्ष्यावरील नाडी ऊर्जा \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) पासून \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) पासून फोटो रिफ्लेक्‍ट होण्‍यासाठी स्‍पीडिओमध्‍ये बदलते. ous डेटा संपादन, आणि दोन कॅलरीमीटर ( \(1~\text {ms}\) पेक्षा जास्त प्रतिसाद वेळ असलेले फोटोडिओड्स) घटना निर्धारित करण्यासाठी आणि लक्ष्यापासून परावर्तित करण्यासाठी वापरले जातात आणि घटना निर्धारित करण्यासाठी दोन पॉवर मीटर्स (छोट्या प्रतिसाद वेळेसह फोटोडायोड्स\(<10~\text {ns}\)) वापरले जातात आणि परावर्तित ऑप्टिकल पॉवर युनिट वापरून कॅलरी पॉवर आणि सी सोल्यूमीटर पॉवर रेट केले जातात. थर्मोपाइल डिटेक्टर Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 आणि नमुन्याच्या ठिकाणी बसवलेला डायलेक्ट्रिक मिरर. लेन्सचा वापर करून बीमला लक्ष्यावर फोकस करा (\(1.06 \upmu \text {m}\ वर अँटीरेफ्लेक्शन कोटिंग), फोकल लेंथ \(160~\text {m}\), फोकल लेंथ \(160~\text {mm}\0) आणि टार्गेट पृष्ठभागावर \ ~ 6\0) मजकूर {m}\).
प्रायोगिक सेटअपचे कार्यात्मक योजनाबद्ध आकृती: 1—लेसर;2-लेसर बीम;3-तटस्थ घनता फिल्टर;4-सिंक्रोनाइझ केलेले फोटोडायोड;5-बीम स्प्लिटर;6-डायाफ्राम;घटना बीमचे 7-कॅलरीमीटर;8 - परावर्तित बीमचे कॅलरीमीटर;9 - घटना बीम वीज मीटर;10 - परावर्तित बीम पॉवर मीटर;11 - फोकसिंग लेन्स;12 - आरसा;13 - नमुना;14 - ब्रॉडबँड पायझोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसर;15 - 2D कनवर्टर;16 - पोझिशनिंग मायक्रोकंट्रोलर;17 - सिंक्रोनाइझेशन युनिट;18 - विविध सॅम्पलिंग दरांसह मल्टी-चॅनेल डिजिटल अधिग्रहण प्रणाली;19 - वैयक्तिक संगणक.
प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) उपचार खालीलप्रमाणे केले जातात. लेसर फ्री-रनिंग मोडमध्ये कार्य करते;म्हणून लेसर पल्सचा कालावधी \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) आहे, ज्यामध्ये अंदाजे \(1.5~\upmu \text {s } \) प्रत्येकी अनेक कालावधी असतात. लेसर पल्सचा टेम्पोरल आकार आणि त्याच्या स्पेक्ट्रममध्ये सरासरी कमी-फ्रिक्वेंसी आणि उच्च वारंवारता असते. 0.7~\text {MHz}\), आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे.- फ्रिक्वेंसी लिफाफा सामग्रीचे गरम करणे आणि त्यानंतरचे वितळणे आणि बाष्पीभवन प्रदान करतो, तर उच्च वारंवारता घटक फोटोकॉस्टिक प्रभावामुळे अल्ट्रासोनिक कंपन प्रदान करतो. अल्ट्रासोनिक पल्सचे वेव्हफॉर्म मुख्यतः ला टन्सरच्या आकारानुसार तयार केलेल्या लाटेन्सरच्या आकारानुसार निर्धारित केले जाते.ते \(7~\text {kHz}\) पासून \(2~\text {MHz}\) पर्यंत आहे, आणि मध्यवर्ती वारंवारता \(~ 0.7~\text {MHz}\) आहे. फोटोकॉस्टिक प्रभावामुळे ध्वनिक पल्स पॉलीव्हिनाईलिडीनपासून बनवलेल्या ब्रॉडबँड पायझोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसर वापरून रेकॉर्ड केल्या गेल्या आहेत आणि त्याचे फ्ल्युराइड फ्ल्युराइड फिल्म्समध्ये रेकॉर्ड केले जाऊ नयेत. की लेसर डाळींचा आकार फ्री-रनिंग मोड लेसरसारखा असतो.
नमुन्याच्या मागील पृष्ठभागावर लेसर पल्स तीव्रता (a) आणि ध्वनी वेग (b) चे तात्पुरते वितरण, सिंगल लेसर पल्स (c) चे स्पेक्ट्रा (निळा वक्र) आणि अल्ट्रासाऊंड पल्स (d) ची सरासरी 300 पेक्षा जास्त लेसर पल्स (लाल वक्र) आहे.
आम्ही लेसर पल्सच्या कमी-फ्रिक्वेंसी लिफाफा आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी मॉड्युलेशनशी संबंधित ध्वनिक उपचारातील कमी-फ्रिक्वेंसी आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी घटकांमध्ये अनुक्रमे स्पष्टपणे फरक करू शकतो. लेझर पल्सद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या ध्वनिक लहरींची तरंगलांबी \\\0cm {\\0}\lotext enveed});म्हणून, मायक्रोस्ट्रक्चरवर ध्वनिक सिग्नलच्या ब्रॉडबँड उच्च-फ्रिक्वेंसी घटकांचा मुख्य प्रभाव अपेक्षित आहे.
SLM मधील भौतिक प्रक्रिया गुंतागुंतीच्या असतात आणि वेगवेगळ्या अवकाशीय आणि ऐहिक स्केलवर एकाच वेळी घडतात. त्यामुळे, बहु-प्रमाणाच्या पद्धती SLM च्या सैद्धांतिक विश्लेषणासाठी सर्वात योग्य असतात. गणितीय मॉडेल्स सुरुवातीला बहु-भौतिक असावीत. एक मल्टीफेस माध्यमाचे यांत्रिकी आणि थर्मोफिजिक्स नंतर वर्णन केलेल्या "मल्टीफेज माध्यमा" बरोबर परिणामकारक वातावरणात संवाद साधू शकतात. एसएलएममधील मटेरियल थर्मल लोडची वैशिष्ट्ये खालीलप्रमाणे आहेत.
\(10^{13}~\text {W} सेमी}^2\) पर्यंतच्या पॉवर डेन्सिटीसह स्थानिकीकृत लेसर इरॅडिएशनमुळे \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ पर्यंत गरम आणि थंड करण्याचे दर.
वितळणे-घनीकरण चक्र 1 आणि \(10~\text {ms}\) दरम्यान टिकते, जे थंड होण्याच्या वेळी वितळण्याच्या झोनच्या जलद घनतेमध्ये योगदान देते.
नमुना पृष्ठभाग जलद गरम केल्याने पृष्ठभागाच्या थरामध्ये उच्च थर्मोइलास्टिक तणाव निर्माण होतो. पावडरच्या थराचा पुरेसा (20% पर्यंत) भाग जोरदारपणे बाष्पीभवन होतो63, ज्यामुळे लेसर पृथक्करणास प्रतिसाद म्हणून पृष्ठभागावर अतिरिक्त दाबाचा भार निर्माण होतो. परिणामी, प्रेरित ताण विशेषत: उच्च उष्णतेच्या घटकांमध्ये लक्षणीयरीत्या विकृत होतो आणि उच्च उष्णतेच्या घटकांमध्ये विशेषत: सपोर्ट करते. स्पंदित लेसर अॅनिलिंगचा परिणाम अल्ट्रासोनिक स्ट्रेन वेव्ह्सच्या निर्मितीमध्ये होतो जो पृष्ठभागापासून थरापर्यंत पसरतो. स्थानिक ताण आणि ताण वितरणावर अचूक परिमाणात्मक डेटा प्राप्त करण्यासाठी, उष्णता आणि वस्तुमान हस्तांतरणासाठी संयुग्मित लवचिक विकृती समस्येचे मेसोस्कोपिक सिम्युलेशन केले जाते.
मॉडेलच्या शासित समीकरणांमध्ये (१) अस्थिर उष्णता हस्तांतरण समीकरणांचा समावेश होतो जेथे थर्मल चालकता फेज स्थिती (पावडर, वितळणे, पॉलीक्रिस्टलाइन) आणि तापमानावर अवलंबून असते, (२) निरंतर पृथक्करण आणि थर्मोइलेस्टिक विस्तार समीकरणानंतर लवचिक विकृतीतील चढ-उतार. सीमा मूल्य समस्या पृष्ठभागाच्या मॉड्युलर फ्लूक्सच्या स्थितीनुसार निर्धारित केली जाते. ive कूलिंगमध्ये प्रवाहकीय उष्णता विनिमय आणि बाष्पीभवन प्रवाह यांचा समावेश होतो. बाष्पीभवन सामग्रीच्या संतृप्त वाष्प दाबाच्या गणनेवर आधारित वस्तुमान प्रवाह परिभाषित केला जातो. इलास्टोप्लास्टिक ताण-ताण संबंध वापरला जातो जेथे थर्मोइलॅस्टिक ताण तापमानाच्या फरकाच्या प्रमाणात असतो. नाममात्र पॉवरसाठी \(300~H~t 5}, 300 ~ 5 टक्क्स्ट ) प्रभावी बीम व्यासाचा cient 100 आणि \(200~\upmu \text {m}\ ).
आकृती 3 मॅक्रोस्कोपिक गणितीय मॉडेलचा वापर करून वितळलेल्या झोनच्या संख्यात्मक अनुकरणाचे परिणाम दर्शविते. फ्यूजन झोनचा व्यास \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) त्रिज्या) आणि \(40~\upmu \text { m}\) त्रिज्या आहे आणि \(40~\upmu \महत्त्वाच्या वेळेनुसार पृष्ठभाग दर्शविते. \(100~\text {K}\) पल्स मॉड्युलेशनच्या उच्च अधांतरी घटकामुळे. गरम \(V_h\) आणि कूलिंग \(V_c\) दर अनुक्रमे \(10^7\) आणि \(10^6~\text {K}/\text {s}\) च्या क्रमाने आहेत. या क्रमाने आमच्या आधीच्या कराराच्या 4 मूल्यांमध्ये फरक आहे. (V_h\) आणि \(V_c\) परिणामी पृष्ठभागाचा थर जलद ओव्हरहाटिंग होतो, जेथे थरातील थर्मल वहन उष्णता काढून टाकण्यासाठी अपुरा आहे. म्हणून, \(t=26~\upmu \text {s}\) वर पृष्ठभागाचे तापमान \(4800~\text {K}\) इतके उच्च होते. पृष्ठभागावरील नमुन्याच्या दाबाने जोम निर्माण होऊ शकतो.
316L नमुना प्लेटवर सिंगल लेसर पल्स अॅनिलिंगच्या मेल्टिंग झोनचे संख्यात्मक सिम्युलेशन परिणाम. नाडीच्या सुरुवातीपासून वितळलेल्या पूलच्या खोलीपर्यंतचा कालावधी कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचण्याचा कालावधी \(180~\upmu\text {s}\) आहे. समताप\(T = T_L = 1723) आणि मजकूर li~quid मधील घन टप्पा दर्शवितो. ओबार्स (पिवळ्या रेषा) पुढील विभागात तापमानाचे कार्य म्हणून मोजलेल्या उत्पन्नाच्या ताणाशी संबंधित आहेत. म्हणून, दोन आयसोलाइन्स (आयसोथर्म्स\(T=T_L\) आणि isobars\(\sigma =\sigma _V(T)\)) दरम्यानच्या डोमेनमध्ये, घन टप्प्यात सूक्ष्म लोड होऊ शकते, ज्यामध्ये मजबूत बदल घडतात.
हा परिणाम आकृती 4a मध्ये आणखी स्पष्ट केला आहे, जेथे वितळलेल्या झोनमधील दाब पातळी पृष्ठभागापासून वेळ आणि अंतराचे कार्य म्हणून प्लॉट केली जाते. प्रथम, दाब वर्तन वरील आकृती 2 मध्ये वर्णन केलेल्या लेसर पल्स तीव्रतेच्या मोड्युलेशनशी संबंधित आहे. कमाल दाब \text{s}\) सुमारे \(10~\text {MPa}\t) बद्दल \(10~\text{MPa}\S) बद्दल निरीक्षण केले गेले. नियंत्रण बिंदूवरील स्थानिक दाबाच्या बोधामध्ये \(500~\text {kHz}\) ची वारंवारता सारखीच दोलन वैशिष्ट्ये आहेत. याचा अर्थ असा होतो की पृष्ठभागावर प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) दाब लहरी निर्माण होतात आणि नंतर सब्सट्रेटमध्ये पसरतात.
वितळणा-या क्षेत्राजवळील विकृती क्षेत्राची गणना केलेली वैशिष्ट्ये आकृती 4b मध्ये दर्शविली आहेत. लेझर ऍब्लेशन आणि थर्मोइलेस्टिक ताण लवचिक विकृती लहरी निर्माण करतात जे सब्सट्रेटमध्ये पसरतात. आकृतीवरून लक्षात येते की, तणाव निर्मितीचे दोन टप्पे आहेत. \(t ~ } मजकूर < 40 पर्यंत मजकूर वाढणे) च्या पहिल्या टप्प्यात तणाव निर्माण होतो. MPa}\) पृष्ठभागाच्या दाबाप्रमाणे मोड्यूलेशनसह. हा ताण लेसर पृथक्करणामुळे उद्भवतो, आणि नियंत्रण बिंदूंमध्ये कोणताही थर्मोइलॅस्टिक ताण दिसून आला नाही कारण प्रारंभिक उष्णता-प्रभावित झोन खूपच लहान होता. जेव्हा उष्णता सब्सट्रेटमध्ये विसर्जित केली जाते, तेव्हा नियंत्रण बिंदू \(40~\) मजकूर {MPa}\ वर उच्च थर्मोइलॅस्टिक ताण निर्माण करतो.
प्राप्त केलेल्या मॉड्युलेटेड स्ट्रेस लेव्हल्सचा सॉलिड-लिक्विड इंटरफेसवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो आणि ते सॉलिडिफिकेशन मार्गावर नियंत्रण करणारी यंत्रणा असू शकते. विकृती झोनचा आकार वितळणाऱ्या झोनपेक्षा 2 ते 3 पट मोठा असतो. आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, वितळणाऱ्या समतापाचे स्थान आणि ताणतणाव पातळीची तुलना केली जाते. तात्कालिक वेळेनुसार 300 आणि \(800~\upmu \text {m}\) दरम्यान प्रभावी व्यासासह स्थानिकीकृत भागात उच्च यांत्रिक भार.
त्यामुळे, स्पंदित लेसर एनीलिंगचे जटिल मोड्यूलेशन अल्ट्रासोनिक प्रभावाकडे नेत आहे. अल्ट्रासोनिक लोडिंगशिवाय एसएलएमशी तुलना केल्यास मायक्रोस्ट्रक्चर निवडीचा मार्ग वेगळा आहे. विकृत अस्थिर प्रदेश घन टप्प्यात कॉम्प्रेशन आणि स्ट्रेचिंगचे नियतकालिक चक्र घेतात. अशा प्रकारे, नवीन उपखंडांमध्ये सीमा आणि उपखंड तयार होतात. खाली दर्शविल्याप्रमाणे संरचनात्मक गुणधर्म जाणूनबुजून बदलले जाऊ शकतात. प्राप्त निष्कर्ष पल्स मॉड्युलेशन-प्रेरित अल्ट्रासाऊंड-चालित SLM प्रोटोटाइप डिझाइन करण्याची शक्यता प्रदान करतात. या प्रकरणात, इतरत्र वापरलेला पायझोइलेक्ट्रिक इंडक्टर 26 वगळला जाऊ शकतो.
(a) वेळेचे कार्य म्हणून दाब, सममितीच्या अक्षासह पृष्ठभाग 0, 20 आणि \(40~\upmu \text {m}\) पासून वेगवेगळ्या अंतरावर मोजला जातो. (b) 70, 120 आणि \(170, 120 आणि \(170 ~\m}) पृष्ठभागावरुन घन मॅट्रिक्समध्ये मोजलेला वेळ-आश्रित वॉन मिसेस ताण.
AISI 321H स्टेनलेस स्टील प्लेट्सवर परिमाणे \(20\times 20\times 5~\text {mm}\) प्रयोग केले गेले.प्रत्येक लेझर पल्स नंतर, प्लेट हलते \(50~\upmu \text {m}\), आणि लेझर बीमची कमर लक्ष्य पृष्ठभागावर \\mu 5 ~ 1 पेक्षा जास्त आहे. धान्य परिष्करणासाठी प्रक्रिया केलेल्या सामग्रीचे रीमेल्टिंग प्रेरित करण्यासाठी त्याच ट्रॅकसह पास केले जातात. सर्व प्रकरणांमध्ये, लेसर रेडिएशनच्या दोलन घटकावर अवलंबून, रिमेल्टेड झोन सोनिकेटेड होते. यामुळे सरासरी धान्य क्षेत्रामध्ये 5-पटीहून अधिक घट होते. आकृती 5 दर्शविते की लेझरच्या मायक्रोस्ट्रक्चर्सची संख्या कशी बदलते. ses).
सबप्लॉट्स (a,d,g,j) आणि (b,e,h,k) - लेसर वितळलेल्या प्रदेशांची सूक्ष्म रचना, सबप्लॉट (c,f,i,l) - रंगीत धान्यांचे क्षेत्र वितरण.शेडिंग हिस्टोग्रामची गणना करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या कणांचे प्रतिनिधित्व करते. रंग धान्य क्षेत्राशी संबंधित असतात (हिस्टोग्रामच्या शीर्षस्थानी रंग बार पहा. सबप्लॉट्स (ac) उपचार न केलेल्या स्टेनलेस स्टीलशी आणि सबप्लॉट्स (df), (gi), (jl) 1, 3 आणि 5 remelts शी संबंधित असतात.
त्यानंतरच्या पासांमध्ये लेसर पल्स एनर्जी बदलत नसल्यामुळे, वितळलेल्या झोनची खोली सारखीच असते. अशा प्रकारे, त्यानंतरचे चॅनल मागील भागाला पूर्णपणे "कव्हर" करते. तथापि, हिस्टोग्राम दर्शवितो की वाढत्या पासेससह सरासरी आणि मध्यवर्ती धान्य क्षेत्र कमी होत आहे. हे सूचित करू शकते की लेसर मील रॅकेटवर कार्य करत आहे.
वितळलेल्या पूलच्या जलद थंडीमुळे धान्य परिष्करण होऊ शकते65. प्रयोगांचा आणखी एक संच केला गेला ज्यामध्ये स्टेनलेस स्टील प्लेट्सचे पृष्ठभाग (321H आणि 316L) वातावरणातील सतत लहरी लेसर रेडिएशनच्या संपर्कात आले (Fig. 6) आणि व्हॅक्यूम (Fig. 7). सरासरी डब्ल्यू 100 आणि 30 लेसर पॉवर, 0 डी पॉवर आणि 3 पीओओएल पॉवर आहे. Nd:YAG लेसरच्या प्रायोगिक परिणामांच्या अगदी जवळ, फ्री-रनिंग मोडमध्ये. तथापि, एक विशिष्ट स्तंभीय रचना दिसून आली.
सतत वेव्ह लेसरच्या लेसर-वितळलेल्या प्रदेशाची सूक्ष्म रचना (300 W स्थिर शक्ती, 200 mm/s स्कॅन गती, AISI 321H स्टेनलेस स्टील).
(a) मायक्रोस्ट्रक्चर आणि (b) व्हॅक्यूम सतत लहरी लेसरच्या लेसर मेल्टिंग झोनची इलेक्ट्रॉन बॅकस्कॅटर डिफ्रॅक्शन इमेज (स्थिर शक्ती 100 W, स्कॅनिंग गती 200 mm/s, AISI 316L स्टेनलेस स्टील) \ (\sim 2~\text {mbar }\).
म्हणूनच, हे स्पष्टपणे दर्शविले गेले आहे की लेसर नाडीच्या तीव्रतेच्या जटिल मॉड्यूलेशनचा परिणामी मायक्रोस्ट्रक्चरवर महत्त्वपूर्ण परिणाम होतो. आम्हाला विश्वास आहे की हा प्रभाव निसर्गात यांत्रिक आहे आणि अल्ट्रासोनिक कंपनेच्या निर्मितीमुळे उद्भवतो, अल्ट्राइंट्समध्ये अल्ट्राइंट्सच्या तुलनेत उच्चांक आणि बाह्य आकारात 67 मध्ये समान परिणाम प्राप्त झाला आहे. टीआय -6 एएल -4 व्ही अलॉय 26 आणि स्टेनलेस स्टीलसह 34 चा परिणाम. संभाव्य यंत्रणेचा अनुमान खालीलप्रमाणे आहे. इंटेन्स्ट्स अल्ट्रासाऊंडमुळे ध्वनिक पोकळ्या निर्माण होऊ शकतात, सिटू सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे इमेजिंगमध्ये अल्ट्राफास्टमध्ये दर्शविल्यानुसार, ज्याच्याशी शॉक फुगे कोसळतात \ फ्रंट-दबाव \ फ्रंट-दबाव \ दबाव \ दबाव आणू शकतो \ फ्रंट-दबाव \ दबाव \ दबाव आणतो- मोठ्या प्रमाणात द्रवपदार्थामध्ये गंभीर-आकाराच्या सॉलिड-फेज न्यूक्लीच्या निर्मितीस प्रोत्साहित करण्यासाठी पुरेसे, लेयर-बाय-लेयर itive डिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगच्या विशिष्ट स्तंभ धान्याच्या संरचनेत व्यत्यय आणते.
येथे, आम्ही तीव्र sonication द्वारे संरचनात्मक बदलासाठी जबाबदार आणखी एक यंत्रणा प्रस्तावित करतो. घनीकरणानंतर सामग्री वितळण्याच्या बिंदूच्या अगदी जवळ उच्च तापमानात असते आणि अत्यंत कमी उत्पन्नाचा ताण असतो. तीव्र अल्ट्रासोनिक लहरींमुळे नुकतेच घनरूप झालेल्या गरम सामग्रीच्या धान्याची रचना बदलण्यासाठी प्लास्टिकचा प्रवाह होऊ शकतो. तथापि, तपमानावर विश्वासार्ह 50 प्रयोगात्मक डेटा उपलब्ध आहेत. ~\text {K}\) (आकृती 8 पहा). म्हणून, गृहीतकांची चाचणी घेण्यासाठी, आम्ही वितळण्याच्या बिंदूजवळ उत्पन्न तणावाच्या वर्तनाचे मूल्यांकन करण्यासाठी AISI 316 L स्टील सारख्या Fe-Cr-Ni रचनाचे आण्विक डायनॅमिक्स (MD) सिम्युलेशन केले. 71, 72, 73. आंतरपरमाणू परस्परसंवाद गणनेसाठी, आम्ही 74 मधील एम्बेडेड अणु मॉडेल (EAM) वापरला. 75,76 LAMMPS कोड वापरून एमडी सिम्युलेशन केले गेले. MD सिम्युलेशनचे तपशील इतरत्र प्रकाशित केले जातील. MD गणनेचे परिणाम Fyeva 8 चे उपलब्ध तापमान डेटा आणि Fyeva 8 चे उपलब्ध तापमान परिणाम म्हणून एकत्रितपणे दाखवले आहेत. luations77,78,79,80,81,82.
AISI ग्रेड 316 ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलसाठी उत्पन्नाचा ताण आणि MD सिम्युलेशनसाठी तपमान विरुद्ध मॉडेल रचना. संदर्भांमधून प्रायोगिक मोजमाप: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. टेम्परिकल ताण-तणावाच्या 2-8 मॉडेलचा संदर्भ घ्या. लेसर-सहाय्यित ऍडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग दरम्यान मोजमाप. या अभ्यासातील मोठ्या प्रमाणात एमडी सिम्युलेशन परिणाम \(\vartriangleleft\) दोषमुक्त असीम सिंगल क्रिस्टलसाठी आणि \(\vartriangleright\) म्हणून दर्शविले जातात आणि हॉल-पेन्शन द्वारे सरासरी धान्य आकार विचारात घेतात.
हे पाहिले जाऊ शकते की \(T>1500~\text {K}\) वर उत्पन्नाचा ताण \(40~\text {MPa}\) खाली घसरतो. दुसरीकडे, अंदाजानुसार लेसर-व्युत्पन्न अल्ट्रासोनिक मोठेपणा \(40~\text {MPa}\) ओलांडला आहे, (अंजीर 4 मध्ये फक्त गरम सामग्रीचा प्रवाह पाहा.
SLM दरम्यान 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलच्या मायक्रोस्ट्रक्चरची निर्मिती जटिल तीव्रता-मॉड्युलेटेड स्पंदित लेसर स्रोत वापरून प्रायोगिकरित्या तपासण्यात आली.
1, 3 किंवा 5 पासांनंतर सतत लेझर रिमेल्टिंगमुळे लेसर मेल्टिंग झोनमध्ये धान्य आकार कमी झाल्याचे आढळले.
मॅक्रोस्कोपिक मॉडेलिंग दर्शविते की ज्या प्रदेशात प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) विकृतीचा सकारात्मक परिणाम होतो त्या प्रदेशाचा अंदाजे आकार \(1~\text {mm}\) पर्यंत आहे.
मायक्रोस्कोपिक एमडी मॉडेल दाखवते की AISI 316 ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलची उत्पादन शक्ती वितळण्याच्या बिंदूजवळ लक्षणीयरीत्या \(40~\text {MPa}\) पर्यंत कमी झाली आहे.
प्राप्त परिणाम जटिल मॉड्युलेटेड लेसर प्रक्रिया वापरून सामग्रीच्या मायक्रोस्ट्रक्चरवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी एक पद्धत सूचित करतात आणि स्पंदित SLM तंत्रात नवीन बदल तयार करण्यासाठी आधार म्हणून काम करू शकतात.
Liu, Y. et al. सूक्ष्म संरचनात्मक उत्क्रांती आणि लेझर निवडक वितळण्याद्वारे TiB2/AlSi10Mg कंपोझिटचे यांत्रिक गुणधर्मAlloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. 316L स्टेनलेस स्टील [J] च्या लेझर सिलेक्टिव्ह मेल्टिंगचे रीक्रिस्टलायझेशन ग्रेन बाउंड्री इंजिनिअरिंग.जर्नल ऑफ अल्मा मेटर.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
चेन, X. आणि Qiu, C. लेसर-वितळलेल्या टायटॅनियम मिश्र धातुंच्या लेसर रीहीटिंगद्वारे वर्धित लवचिकतेसह सँडविच मायक्रोस्ट्रक्चर्सचा विकास करताना. सायन्स. रिप.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. लेसर मेटल डिपॉझिशन (LMD) द्वारे Ti-6Al-4V भागांचे अतिरिक्त उत्पादन: प्रक्रिया, सूक्ष्म संरचना आणि यांत्रिक गुणधर्म.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
कुमारा, सी. एट अल. मिश्र धातु 718 च्या लेझर मेटल पावडर निर्देशित ऊर्जा जमा करण्याचे मायक्रोस्ट्रक्चरल मॉडेलिंग. Manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al. लेझर शॉक Peening.science.Rep द्वारे उपचार केलेल्या अॅडिटीव्हली मॅन्युफॅक्चर्ड सॅम्पलचा पॅरामेट्रिक न्यूट्रॉन ब्रॅग एज इमेजिंग अभ्यास.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Gradient microstructure आणि यांत्रिक गुणधर्म Ti-6Al-4V चे इलेक्ट्रॉन बीम वितळण्याद्वारे जोडलेले आहे. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).