Terima kasih kerana melawati Nature.com.Versi penyemak imbas yang anda gunakan mempunyai sokongan terhad untuk CSS. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau matikan mod keserasian dalam Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan memaparkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Mekanisme baharu berdasarkan pencairan laser terpilih untuk mengawal struktur mikro produk dalam proses pembuatan dicadangkan. Mekanisme ini bergantung pada penjanaan gelombang ultrasonik berintensiti tinggi dalam kolam lebur melalui penyinaran laser termodulat intensiti kompleks. Kajian eksperimen dan simulasi berangka menunjukkan bahawa mekanisme kawalan ini boleh dilaksanakan secara teknikal dan boleh disepadukan secara berkesan ke dalam reka bentuk mesin pencairan laser moden.
Pengilangan aditif (AM) bahagian berbentuk kompleks telah berkembang dengan ketara dalam beberapa dekad kebelakangan ini.Walau bagaimanapun, walaupun terdapat pelbagai proses pembuatan aditif, termasuk peleburan laser terpilih (SLM)1,2,3, pemendapan logam laser langsung4,5,6, pencairan rasuk elektron7,8 dan lain-lain9,10, Bahagian tersebut mungkin rosak. Ini disebabkan terutamanya oleh proses penyejukan yang tinggi dengan ciri-ciri pejal tertentu yang tinggi dengan molten yang tinggi. kadar, dan kerumitan kitaran pemanasan dalam mencairkan dan mencairkan semula bahan 11 , yang membawa kepada pertumbuhan butiran epitaxial dan keliangan yang ketara.12,13 menunjukkan bahawa ia adalah perlu untuk mengawal kecerunan terma, kadar penyejukan, dan komposisi aloi, atau menggunakan kejutan fizikal tambahan oleh medan luaran pelbagai sifat, seperti ultrasound, untuk mencapai struktur butiran equiaxed halus.
Banyak penerbitan mengambil berat tentang kesan rawatan getaran ke atas proses pemejalan dalam proses tuangan konvensional14,15.Walau bagaimanapun, penggunaan medan luar pada leburan pukal tidak menghasilkan struktur mikro bahan yang diingini.Jika isipadu fasa cecair adalah kecil, keadaan berubah secara mendadak.Dalam kes ini, medan luaran memberi kesan ketara kepada proses pemejalan.1,1,3,20,18,12,12,18,12,12,12,22,12,23,22,12,12,22,12,22,22,23,23,23,23,23,23,23,23,23,23,24,12,12,12,23,23,23,23,12,12,23,23,12,12,12,23,23,23,23,121 ,25,26,27, kacau arka28 dan ayunan29, kesan elektromagnet semasa arka plasma berdenyut30,31 dan kaedah lain32 telah dipertimbangkan .Lampirkan pada substrat menggunakan sumber ultrabunyi berintensiti tinggi luaran (pada 20 kHz). Penapisan butiran yang disebabkan oleh ultrabunyi disebabkan oleh penyusunan suhu ultrabunyi subkolit yang dipertingkatkan melalui peningkatan suhu hablur. peronggaan.
Dalam kerja ini, kami menyiasat kemungkinan mengubah struktur butiran keluli tahan karat austenit dengan menyonikasikan kolam lebur dengan gelombang bunyi yang dihasilkan oleh laser lebur itu sendiri. Modulasi keamatan kejadian sinaran laser pada medium penyerap cahaya menghasilkan penjanaan gelombang ultrasonik, yang mengubah struktur mikro bahan. Percubaan sinaran SLM yang sedia ada ini boleh dilakukan dengan mudah dalam modulasi sinaran 3D yang sedia ada ini. plat keluli tahan karat yang permukaannya terdedah kepada sinaran laser termodulat intensiti. Jadi, secara teknikalnya, rawatan permukaan laser dilakukan. Walau bagaimanapun, jika rawatan laser sedemikian dilakukan pada permukaan setiap lapisan, semasa pembentukan lapisan demi lapisan, kesan ke atas keseluruhan isipadu atau pada bahagian volum terpilih dicapai. Dalam erti kata lain, jika bahagian itu dibina lapisan demi lapisan, "rawatan permukaan laser yang sama bagi setiap lapisan".
Manakala dalam terapi ultrasonik berasaskan tanduk ultrasonik, tenaga ultrasonik gelombang bunyi berdiri diagihkan ke seluruh komponen, manakala keamatan ultrasonik yang disebabkan oleh laser sangat tertumpu berhampiran titik di mana sinaran laser diserap.Menggunakan sonotrode dalam mesin gabungan katil serbuk SLM adalah rumit kerana permukaan atas katil serbuk yang terdedah kepada sinaran laser harus kekal pegun.Selain itu, pada bahagian atas tekanan tidak ada tekanan, refcouore. halaju zarah mempunyai amplitud maksimum ke atas keseluruhan permukaan atas bahagian.Tekanan bunyi di dalam keseluruhan kolam lebur tidak boleh melebihi 0.1% daripada tekanan maksimum yang dijana oleh kepala kimpalan, kerana panjang gelombang gelombang ultrasonik dengan frekuensi 20 kHz dalam keluli tahan karat ialah \(\sim 0.3~\text {m}\), dan Kedalaman \(\~ sim biasanya kurang daripada \(\~ teks {mm). peronggaan mungkin kecil.
Perlu diingatkan bahawa penggunaan sinaran laser termodulat intensiti dalam pemendapan logam laser langsung adalah kawasan penyelidikan yang aktif35,36,37,38.
Kesan haba kejadian sinaran laser pada medium adalah asas bagi hampir semua teknik laser pemprosesan bahan 39, 40, seperti pemotongan 41, kimpalan, pengerasan, penggerudian 42, pembersihan permukaan, pengaloian permukaan, penggilap permukaan 43, dsb.teknologi pemprosesan bahan dan keputusan awal yang diringkaskan dalam banyak ulasan dan monograf 44, 45, 46.
Perlu diingatkan bahawa sebarang tindakan tidak pegun pada medium, termasuk tindakan mengelas pada medium penyerap, menghasilkan pengujaan gelombang akustik di dalamnya dengan kecekapan yang lebih atau kurang. Pada mulanya, tumpuan utama adalah pada pengujaan laser gelombang dalam cecair dan pelbagai mekanisme pengujaan terma bunyi (pengembangan terma, penyejatan, perubahan volum semasa peralihan fasa, 47, graf 5, dsb. 1, 52 menyediakan analisis teori tentang proses ini dan kemungkinan aplikasi praktikalnya.
Isu-isu ini kemudiannya dibincangkan di pelbagai persidangan, dan pengujaan laser ultrasound mempunyai aplikasi dalam kedua-dua aplikasi industri teknologi laser53 dan perubatan54.Oleh itu, ia boleh dianggap bahawa konsep asas proses di mana cahaya laser berdenyut bertindak pada medium penyerap telah ditetapkan.Pemeriksaan ultrasonik laser digunakan untuk pengesanan kecacatan sampel yang dihasilkan oleh SLM,56.55.
Kesan gelombang kejutan yang dijana laser pada bahan adalah asas peening kejutan laser57,58,59, yang juga digunakan untuk rawatan permukaan bahagian yang dibuat secara tambahan60.Walau bagaimanapun, pengukuhan kejutan laser adalah paling berkesan pada denyutan laser nanosaat dan permukaan yang dimuatkan secara mekanikal (cth, dengan lapisan cecair)59 kerana beban mekanikal meningkatkan tekanan puncak.
Eksperimen telah dijalankan untuk menyiasat kemungkinan kesan pelbagai medan fizikal ke atas struktur mikro bahan pepejal. Gambar rajah kefungsian persediaan eksperimen ditunjukkan dalam Rajah 1. Laser keadaan pepejal Nd:YAG berdenyut beroperasi dalam mod larian bebas (tempoh nadi \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}E setiap nadi laser ketumpatan. setiap siri laser ketumpatan digunakan) digunakan. Bergantung pada gabungan penapis ketumpatan neutral, tenaga nadi pada sasaran berbeza daripada \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) kepada \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) .Rasuk laser yang dipantulkan daripada pembahagi rasuk disalurkan kepada fotodiod untuk pemerolehan data serentak {\(1} masa tindak balas \(~2 kaloriteks foto) sepanjang masa \(~2 foto kalorimeter\} masa tindak balas. ) digunakan untuk menentukan kejadian kepada dan dipantulkan daripada sasaran, dan dua meter kuasa (fotodiod dengan masa tindak balas yang singkat\(<10~\teks {ns}\)) untuk menentukan kejadian dan kuasa optik yang dipantulkan. Kalorimeter dan meter kuasa telah ditentukur untuk memberikan nilai dalam unit mutlak menggunakan pengesan termopile Gentec-EO Gentec-EO dilekapkan pada lokasi sampel dielektrik dan dielektrik F0 dan F. ns (Salutan antipantulan pada \(1.06 \upmu \text {m}\), panjang fokus \(160~\text {mm}\)) dan pinggang rasuk pada permukaan sasaran 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Gambarajah skematik fungsi persediaan eksperimen: 1—laser;2—pancaran laser;3—penapis ketumpatan neutral;4—fotodiod disegerakkan;5—pemecah rasuk;6—diafragma;7—kalorimeter rasuk kejadian;8 – kalorimeter pancaran pantulan;9 - meter kuasa rasuk insiden;10 – meter kuasa rasuk pantulan;11 - kanta fokus;12 - cermin;13 – sampel;14 – transduser piezoelektrik jalur lebar;15 – penukar 2D;16 – mikropengawal kedudukan;17 – unit penyegerakan;18 – sistem pemerolehan digital berbilang saluran dengan pelbagai kadar persampelan;19 – komputer peribadi.
Rawatan ultrasonik dijalankan seperti berikut.Laser beroperasi dalam mod berjalan bebas;oleh itu tempoh nadi laser ialah \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), yang terdiri daripada berbilang tempoh kira-kira \(1.5~\upmu \text {s } \) setiap satu. Bentuk temporal nadi laser dan spektrumnya terdiri daripada sampul surat frekuensi rendah dan modulasi frekuensi tinggi kira-kira \ 7 MHz, dengan {2 MHz frekuensi tinggi yang ditunjukkan dalam \(2 MHz). .- Sampul frekuensi menyediakan pemanasan dan lebur dan penyejatan bahan yang seterusnya, manakala komponen frekuensi tinggi memberikan getaran ultrasonik akibat kesan fotoakustik. Bentuk gelombang nadi ultrasonik yang dihasilkan oleh laser terutamanya ditentukan oleh bentuk masa keamatan nadi laser.Ia adalah daripada \(7~\text {kHz}\) kepada \ (2~\text {MHz}\), dan frekuensi tengah ialah \(~ 0.7~\text {MHz}\).Denyutan akustik disebabkan oleh kesan fotoakustik telah dirakam menggunakan transduser piezoelektrik jalur lebar yang diperbuat daripada filem fluorida polivinilidena. Bentuk gelombang yang direkodkan dalam Rajah 2 tidak sepatutnya adalah spektrum laser yang direkodkan. laser mod berjalan bebas.
Taburan temporal intensiti nadi laser (a) dan halaju bunyi (b) pada permukaan belakang sampel, spektrum (lengkung biru) bagi nadi laser tunggal (c) dan nadi ultrasound (d) berpurata melebihi 300 denyutan laser (lengkung merah) .
Kita boleh membezakan dengan jelas komponen frekuensi rendah dan frekuensi tinggi rawatan akustik yang sepadan dengan sampul frekuensi rendah denyut laser dan modulasi frekuensi tinggi, masing-masing. Panjang gelombang gelombang akustik yang dihasilkan oleh sampul nadi laser melebihi \(40~\text {cm}\);oleh itu, kesan utama komponen jalur lebar frekuensi tinggi isyarat akustik pada struktur mikro dijangka.
Proses fizikal dalam SLM adalah kompleks dan berlaku serentak pada skala spatial dan temporal yang berbeza. Oleh itu, kaedah berbilang skala paling sesuai untuk analisis teori SLM. Model matematik pada mulanya mestilah berbilang fizikal. Mekanik dan termofizik medium berbilang fasa "cairan pepejal-cecair" yang berinteraksi dengan suasana gas lengai kemudiannya boleh mengikut ciri-ciri terma yang diterangkan secara berkesan dalam SLM.
Kadar pemanasan dan penyejukan sehingga \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ disebabkan oleh penyinaran laser setempat dengan ketumpatan kuasa sehingga \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Kitaran lebur-pemejalan berlangsung antara 1 dan \(10~\text {ms}\), yang menyumbang kepada pemejalan cepat zon lebur semasa penyejukan.
Pemanasan pantas permukaan sampel mengakibatkan pembentukan tegasan termoelastik yang tinggi dalam lapisan permukaan. Bahagian lapisan serbuk yang mencukupi (sehingga 20%) disejat dengan kuat63, yang mengakibatkan beban tekanan tambahan pada permukaan sebagai tindak balas kepada ablasi laser. Akibatnya, terikan teraruh mengganggu geometri bahagian dengan ketara, terutamanya berhampiran penyokong dan unsur-unsur terikan laser berstruktur tinggi yang menghasilkan nadi yang tinggi. merambat dari permukaan ke substrat. Untuk mendapatkan data kuantitatif yang tepat mengenai tegasan dan taburan terikan tempatan, simulasi mesoskopik masalah ubah bentuk anjal yang dikonjugasikan kepada pemindahan haba dan jisim dilakukan.
Persamaan yang mengawal model termasuk (1) persamaan pemindahan haba tidak mantap di mana kekonduksian terma bergantung kepada keadaan fasa (serbuk, cair, polihablur) dan suhu, (2) turun naik dalam ubah bentuk keanjalan selepas ablasi kontinum dan persamaan pengembangan termoelastik. Masalah nilai sempadan ditentukan oleh keadaan eksperimen. Fluks pertukaran haba sampel termodulat. fluks s ditakrifkan berdasarkan pengiraan tekanan wap tepu bahan penyejatan. Hubungan tegasan-terikan elastoplastik digunakan di mana tegasan termoelastik adalah berkadar dengan perbezaan suhu. Untuk kuasa nominal \(300~\text {W}\), frekuensi \(10^5~\text {Hz}\), pekali terputus-putus \(200~) dan pekali selang-selang \(200~) dan berkesan.
Rajah 3 menunjukkan keputusan simulasi berangka bagi zon lebur menggunakan model matematik makroskopik. Diameter zon pelakuran ialah \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) jejari) dan \(40~\upmu \text {m}\) berubah-ubah {0} dengan kedalaman permukaan \(1}\) menunjukkan kedalaman suhu \(10) pada permukaan. \) disebabkan oleh faktor terputus-putus yang tinggi bagi modulasi nadi.Kadar pemanasan \(V_h\) dan penyejukan \(V_c\) adalah mengikut tertib \(10^7\) dan \(10^6~\text {K}/\text {s}\), masing-masing. Nilai-nilai ini sepadan dengan baik dengan hasil analisis kami yang terdahulu64. Susunan magnitudo magnitudo dan magnitudo64. lapisan permukaan, di mana pengaliran haba ke substrat tidak mencukupi untuk mengeluarkan haba.Oleh itu, pada \(t=26~\upmu \text {s}\) suhu permukaan memuncak setinggi \(4800~\text {K}\).Sejatan bahan yang kuat boleh menyebabkan permukaan sampel mengalami tekanan yang berlebihan dan mengelupas.
Hasil simulasi berangka zon lebur bagi penyepuhlindapan nadi laser tunggal pada plat sampel 316L. Masa dari permulaan nadi hingga kedalaman kolam lebur mencapai nilai maksimum ialah \(180~\upmu\text {s}\).Isoterma\(T = T_L = 1723~\teks {K}\) mewakili garisan sebatian {K}\) yang sepadan dengan garisan isoterma dan bar ye. tegasan ld dikira sebagai fungsi suhu dalam bahagian seterusnya.Oleh itu, dalam domain antara dua isolin (isoterma\(T=T_L\) dan isobar\(\sigma =\sigma _V(T)\)), fasa pepejal tertakluk kepada beban mekanikal yang kuat, yang boleh menyebabkan perubahan dalam struktur mikro.
Kesan ini diterangkan selanjutnya dalam Rajah 4a, di mana paras tekanan dalam zon lebur diplot sebagai fungsi masa dan jarak dari permukaan. Pertama, tingkah laku tekanan berkaitan dengan modulasi keamatan nadi laser yang diterangkan dalam Rajah 2 di atas. Tekanan maksimum \text{s}\) kira-kira \(10~\text {MPa}\) diperhatikan pada kira-kira \~\t=2 pada tekanan selesema setempat. titik mempunyai ciri-ciri ayunan yang sama seperti frekuensi \(500~\text {kHz}\).Ini bermakna gelombang tekanan ultrasonik dijana pada permukaan dan kemudian merambat ke dalam substrat.
Ciri-ciri pengiraan zon ubah bentuk berhampiran zon lebur ditunjukkan dalam Rajah 4b. Ablasi laser dan tegasan termoelastik menjana gelombang ubah bentuk keanjalan yang merambat ke dalam substrat. Seperti yang dapat dilihat daripada rajah, terdapat dua peringkat penjanaan tegasan. Semasa fasa pertama \(t < 40~\upmu \text {s}~\s) sama dengan modul \text(s}~\) yang serupa dengan modul \text(s}~\) tekanan permukaan.Tegasan ini berlaku disebabkan oleh ablasi laser, dan tiada tegasan termoelastik diperhatikan di titik kawalan kerana zon terjejas haba awal adalah terlalu kecil.Apabila haba dilesapkan ke dalam substrat, titik kawalan menghasilkan tegasan termoelastik yang tinggi di atas \(40~\text {MPa}\).
Tahap tegasan termodulat yang diperolehi mempunyai kesan yang ketara ke atas antara muka pepejal-cecair dan mungkin merupakan mekanisme kawalan yang mengawal laluan pemejalan. Saiz zon ubah bentuk adalah 2 hingga 3 kali lebih besar daripada zon lebur.Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, lokasi isoterma lebur dan tahap tegasan yang sama dengan alah alah dengan kawasan pancaran laser yang tinggi dibanding. 0 dan \(800~\upmu \text {m}\) bergantung pada masa serta-merta.
Oleh itu, modulasi kompleks penyepuhlindapan laser berdenyut membawa kepada kesan ultrasonik. Laluan pemilihan struktur mikro adalah berbeza jika dibandingkan dengan SLM tanpa pemuatan ultrasonik. Kawasan tidak stabil yang cacat membawa kepada kitaran berkala pemampatan dan regangan dalam fasa pepejal. Oleh itu, pembentukan sempadan bijian baru dan sempadan subbutiran menjadi boleh dilaksanakan, kesimpulan yang ditunjukkan di bawah ini boleh dilaksanakan. kemungkinan untuk mereka bentuk prototaip SLM dipacu ultrasound yang didorong oleh modulasi nadi. Dalam kes ini, induktor piezoelektrik 26 yang digunakan di tempat lain boleh dikecualikan.
(a) Tekanan sebagai fungsi masa, dikira pada jarak berbeza dari permukaan 0, 20 dan \(40~\upmu \text {m}\) sepanjang paksi simetri.(b) Tegasan Von Mises bergantung masa dikira dalam matriks pepejal pada jarak 70, 120 dan \(170~\upmu \text {m}\) daripada permukaan sampel.
Eksperimen telah dilakukan pada plat keluli tahan karat AISI 321H dengan dimensi \(20\kali 20\kali 5~\teks {mm}\).Selepas setiap nadi laser, plat bergerak \(50~\upmu \text {m}\), dan pinggang pancaran laser pada permukaan sasaran adalah kira-kira \(100~\upmu \teks {m} ke bawah yang sama dilakukan). bahan yang diproses untuk penghalusan bijirin.Dalam semua kes, zon yang dicairkan semula telah disonikasikan, bergantung kepada komponen berayun sinaran laser. Ini menghasilkan pengurangan lebih daripada 5 kali ganda dalam purata kawasan bijian. Rajah 5 menunjukkan bagaimana struktur mikro kawasan cair laser berubah dengan bilangan kitaran peleburan semula (laluan).
Subplot (a,d,g,j) dan (b,e,h,k) – struktur mikro kawasan cair laser, subplot (c,f,i,l) – taburan kawasan bijirin berwarna.Lorekan mewakili zarah yang digunakan untuk mengira histogram. Warna sepadan dengan kawasan butiran (lihat bar warna di bahagian atas histogram. Subplot (ac) sepadan dengan keluli tahan karat yang tidak dirawat dan subplot (df), (gi), (jl) sepadan dengan relts 1, 3 dan 5.
Oleh kerana tenaga nadi laser tidak berubah antara hantaran berikutnya, kedalaman zon lebur adalah sama.Oleh itu, saluran seterusnya sepenuhnya "menutup" saluran sebelumnya.Walau bagaimanapun, histogram menunjukkan bahawa kawasan butiran min dan median berkurangan dengan peningkatan bilangan pas.Ini mungkin menunjukkan bahawa laser bertindak pada substrat dan bukannya cair.
Penghalusan bijirin mungkin disebabkan oleh penyejukan pantas kolam lebur65. Satu lagi set eksperimen telah dijalankan di mana permukaan plat keluli tahan karat (321H dan 316L) terdedah kepada sinaran laser gelombang berterusan dalam atmosfera (Rajah 6) dan vakum (Rajah 7). Purata kuasa laser (300 W dan 100 W, masing-masing adalah hasil eksperimen laser kumpulan 100 W) yang hampir sama dengan NYA. dalam mod larian bebas.Walau bagaimanapun, struktur kolumnar biasa diperhatikan.
Struktur mikro kawasan cair laser bagi laser gelombang berterusan (kuasa malar 300 W, kelajuan imbasan 200 mm/s, keluli tahan karat AISI 321H).
(a) Struktur mikro dan (b) imej pembelauan serakan belakang elektron zon lebur laser bagi laser gelombang berterusan vakum (kuasa malar 100 W, kelajuan pengimbasan 200 mm/s, keluli tahan karat AISI 316L) \ (\sim 2~\teks {mbar }\).
Oleh itu, jelas menunjukkan bahawa modulasi kompleks keamatan nadi laser mempunyai kesan yang ketara ke atas struktur mikro yang terhasil. Kami percaya bahawa kesan ini bersifat mekanikal dan berlaku disebabkan oleh penjanaan getaran ultrasonik yang merambat dari permukaan penyinaran cair jauh ke dalam sampel. Keputusan yang sama diperolehi dalam 13, 26, 34, 66, 67, 67 ultrasonik yang menyediakan bahan-bahan ultrasonik yang membekalkan piezoelektrik luar. Aloi Ti-6Al-4V 26 dan keluli tahan karat 34 hasil daripada. Mekanisme yang mungkin dibuat spekulasi seperti berikut. Ultrasound yang sengit boleh menyebabkan peronggaan akustik, seperti yang ditunjukkan dalam pengimejan sinar-X segerak in situ ultrafast. Keruntuhan buih peronggaan seterusnya menghasilkan gelombang kejutan dalam bahan cair, yang tekanannya {1MP0~S cukup kuat. menggalakkan pembentukan nukleus fasa pepejal bersaiz kritikal dalam cecair pukal, mengganggu struktur butiran kolumnar biasa pembuatan aditif lapisan demi lapisan.
Di sini, kami mencadangkan satu lagi mekanisme yang bertanggungjawab untuk pengubahsuaian struktur melalui sonication sengit.Bahan sejurus selepas pemejalan berada pada suhu tinggi yang hampir dengan takat lebur dan mempunyai tegasan hasil yang sangat rendah.Gelombang ultrasonik yang kuat boleh menyebabkan aliran plastik mengubah struktur butiran bahan panas yang baru dipejalkan.Walau bagaimanapun, data eksperimen yang boleh dipercayai pada kebergantungan suhu {1\\\text \(lihat tekanan alah~0}) 8).Oleh itu, untuk menguji hipotesis, kami melakukan simulasi dinamik molekul (MD) bagi komposisi Fe-Cr-Ni yang serupa dengan keluli AISI 316 L untuk menilai tingkah laku tegasan alah berhampiran takat lebur. Untuk mengira tegasan alah, kami menggunakan teknik kelonggaran tegasan ricih MD yang diperincikan dalam 70, 71, 7372 untuk interaksi Em, 71, 72. Model (EAM) daripada simulasi 74.MD telah dilakukan menggunakan kod LAMMPS 75,76. Butiran simulasi MD akan diterbitkan di tempat lain. Keputusan pengiraan MD bagi tegasan alah sebagai fungsi suhu ditunjukkan dalam Rajah 8 bersama-sama data eksperimen yang tersedia dan penilaian lain77,78,79,80,81,82.
Tegasan hasil untuk keluli tahan karat austenit gred 316 AISI dan komposisi model berbanding suhu untuk simulasi MD. Pengukuran eksperimen daripada rujukan: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81.rujuk kepada.(f)82 ialah model empirikal bagi ukuran-tegasan-tegasan temperatur pengilangan tekanan-tegasan laser yang besar semasa -hasil simulasi MD skala dalam kajian ini ditandakan sebagai \(\vartriangleleft\) untuk kristal tunggal tak terhingga tanpa kecacatan dan \(\vartriangleright\) untuk butiran terhingga dengan mengambil kira saiz butiran purata melalui Dimensi hubungan Hall-Petch\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Ia boleh dilihat bahawa pada \(T>1500~\text {K}\) tegasan alah jatuh di bawah \(40~\text {MPa}\). Sebaliknya, anggaran meramalkan bahawa amplitud ultrasonik yang dijana laser melebihi \(40~\text {MPa}\) (lihat Rajah 4b), yang tidak mencukupi untuk mendorong aliran pepejal bahan panas hanya.
Pembentukan struktur mikro keluli tahan karat austenit 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) semasa SLM telah disiasat secara eksperimen menggunakan sumber laser berdenyut termodulat intensiti kompleks.
Pengurangan saiz bijian dalam zon lebur laser didapati disebabkan oleh pencairan semula laser yang berterusan selepas 1, 3 atau 5 laluan.
Pemodelan makroskopik menunjukkan bahawa anggaran saiz kawasan di mana ubah bentuk ultrasonik boleh memberi kesan positif pada hadapan pemejalan adalah sehingga \(1~\text {mm}\).
Model MD mikroskopik menunjukkan bahawa kekuatan hasil keluli tahan karat austenit AISI 316 dikurangkan dengan ketara kepada \(40~\text {MPa}\) berhampiran takat lebur.
Keputusan yang diperolehi mencadangkan kaedah untuk mengawal struktur mikro bahan menggunakan pemprosesan laser termodulat yang kompleks dan boleh berfungsi sebagai asas untuk mencipta pengubahsuaian baru teknik SLM berdenyut.
Liu, Y. et al. Evolusi mikrostruktur dan sifat mekanikal komposit TiB2/AlSi10Mg in situ oleh peleburan terpilih laser [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al.Penghabluran semula kejuruteraan sempadan butiran laser lebur terpilih keluli tahan karat 316L [J].Jurnal Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Pembangunan mikrostruktur sandwic in situ dengan kemuluran dipertingkatkan oleh pemanasan semula laser aloi titanium cair laser.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Pembuatan tambahan bahagian Ti-6Al-4V oleh pemendapan logam laser (LMD): proses, struktur mikro dan sifat mekanikal.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al.Pemodelan mikrostruktur serbuk logam laser diarahkan pemendapan tenaga Aloi 718.Tambah pada.pembuatan.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al.Kajian Pengimejan Tepi Neutron Bragg Parametrik Sampel Dikilangkan Secara Tambahan Dirawat oleh Laser Shock Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Kecerunan mikrostruktur dan sifat mekanikal Ti-6Al-4V yang difabrikasi secara tambahan oleh peleburan rasuk elektron.Jurnal Alma Mater.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).