Grazzi talli żort Nature.com.Il-verżjoni tal-brawżer li qed tuża għandha appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew itfi l-mod ta' kompatibilità f'Internet Explorer).Sadattant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, aħna se nuru s-sit mingħajr stil u JavaScript.
Mekkaniżmu ġdid ibbażat fuq tidwib selettiv tal-lejżer biex jikkontrolla l-mikrostruttura tal-prodotti fil-proċess tal-manifattura huwa propost. Il-mekkaniżmu jiddependi fuq il-ġenerazzjoni ta 'mewġ ultrasoniku ta' intensità għolja fil-pool imdewweb permezz ta 'irradjazzjoni tal-lejżer kumplessa b'intensità modulata.
Manifattura addittiva (AM) ta 'partijiet b'forma kumplessa kibret b'mod sinifikanti f'dawn l-aħħar decades.However, minkejja l-varjetà ta 'proċessi ta' manifattura addittiv, inkluż tidwib selettiv tal-laser (SLM) 1,2,3, depożizzjoni diretta tal-metall tal-laser4,5,6, tidwib tar-raġġ tal-elettroni7,8 u oħrajn9,10, il-Partijiet jistgħu jkunu l-proċess karatteristiku assoċjati b'mod speċifiku ma 'solidi dovuti. gradjenti termali għoljin, rati ta 'tkessiħ għoljin, u l-kumplessità taċ-ċikli tat-tisħin fil-materjali tat-tidwib u t-tidwib mill-ġdid11, li jwasslu għal tkabbir tal-qamħ epitassjali u porożità sinifikanti12,13.Ir-riżultati juru li , huwa meħtieġ li jiġu kkontrollati gradjenti termali, rati ta 'tkessiħ, u kompożizzjoni tal-liga, jew jiġu applikati xokkijiet fiżiċi addizzjonali permezz ta' kampijiet esterni ta 'diversi proprjetajiet (eż., ultrasound) biex jinkisbu strutturi ta' qamħ ekwiaxe fini.
Bosta pubblikazzjonijiet huma kkonċernati bl-effett tat-trattament tal-vibrazzjoni fuq il-proċess ta 'solidifikazzjoni fi proċessi ta' ikkastjar konvenzjonali14,15.Madankollu, l-applikazzjoni ta 'kamp estern għal tidwib bl-ingrossa ma tipproduċix il-mikrostruttura tal-materjal mixtieqa.Jekk il-volum tal-fażi likwida huwa żgħir, is-sitwazzjoni tinbidel b'mod drammatiku. F'dan il-każ, il-kamp estern jaffettwa b'mod sinifikanti l-proċess ta 'solidifikazzjoni. ,20,21,22,23,24,25,26,27, ark tħawwad28 u oxxillazzjoni29, arki tal-plażma pulsati30,31 u metodi oħra32 .Waħħal mas-sottostrat bl-użu ta 'sors ta' ultrasound ta 'intensità għolja esterni (f'20 kHz). kristalli permezz tal-kavitazzjoni.
F'dan ix-xogħol, investigajna l-possibbiltà li tinbidel l-istruttura tal-qamħ ta 'l-azzar inossidabbli awstenitiku billi tissenja l-pool imdewweb b'mewġ tal-ħoss iġġenerat mill-laser li jdub innifsu. ed fuq pjanċi tal-istainless steel li l-uċuħ tagħhom kienu esposti għal radjazzjoni laser modulata bl-intensità. Allura, teknikament, isir trattament tal-wiċċ bil-laser.Madankollu, jekk tali trattament bil-lejżer isir fuq il-wiċċ ta 'kull saff, waqt il-bini saff b'saff, jinkisbu effetti fuq il-volum kollu jew fuq partijiet magħżula tal-volum.
Billi fit-terapija ultrasonika bbażata fuq il-qrun ultrasoniku, l-enerġija ultrasonika tal-mewġ tal-ħoss wieqfa hija mqassma madwar il-komponent, filwaqt li l-intensità ultrasonika indotta bil-lejżer hija kkonċentrata ħafna ħdejn il-punt fejn ir-radjazzjoni tal-lejżer hija assorbita. L-użu ta 'sonotrode f'magna tal-fużjoni ta' sodda tat-trab SLM huwa kkumplikat minħabba li l-wiċċ ta 'fuq tas-sodda tat-trab espost għall-wiċċ ta' radjazzjoni. e, l-istress akustiku huwa qrib iż-żero u l-veloċità tal-partiċelli għandha amplitudni massima fuq il-wiċċ kollu ta 'fuq tal-parti. Il-pressjoni tal-ħoss ġewwa l-pool imdewweb kollu ma tistax taqbeż 0.1% tal-pressjoni massima ġġenerata mir-ras tal-iwweldjar, minħabba li l-wavelength ta' mewġ ultrasoniku bi frekwenza ta '20 kHz fl-istainless steel huwa \(\sim 0.3\ism{100}{101} ~\test {mm}\).Għalhekk, l-effett ta 'l-ultrasound fuq il-kavitazzjoni jista' jkun żgħir.
Għandu jiġi nnutat li l-użu ta 'radjazzjoni tal-lejżer modulata bl-intensità fid-depożizzjoni diretta tal-metall bil-lejżer huwa qasam attiv ta' riċerka35,36,37,38.
L-effett termali tal-inċident tar-radjazzjoni tal-lejżer fuq il-medju huwa l-bażi għal kważi t-tekniki kollha tal-laser 39, 40 għall-ipproċessar tal-materjal, bħal qtugħ41, iwweldjar, ebusija, tħaffir42, tindif tal-wiċċ, liga tal-wiċċ, ippolixxjar tal-wiċċ43, eċċ.
Għandu jiġi nnutat li kwalunkwe azzjoni mhux stazzjonarja fuq il-medju, inkluża l-azzjoni tal-lasing fuq il-mezz li jassorbi, tirriżulta fl-eċitazzjoni ta 'mewġ akustiku fiha b'aktar jew inqas effiċjenza. 0, 51, 52 jipprovdu analiżi teoretiċi ta 'dan il-proċess u l-applikazzjonijiet prattiċi possibbli tiegħu.
Dawn il-kwistjonijiet sussegwentement ġew diskussi f'diversi konferenzi, u l-eċitazzjoni tal-laser tal-ultrasound għandha applikazzjonijiet kemm fl-applikazzjonijiet industrijali tat-teknoloġija tal-laser53 kif ukoll fil-mediċina54. Għalhekk, jista 'jitqies li ġie stabbilit il-kunċett bażiku tal-proċess li bih id-dawl tal-laser pulsat jaġixxi fuq mezz li jassorbi.
L-effett tal-mewġ ta 'xokk iġġenerat bil-lejżer fuq materjali huwa l-bażi ta' peening ta 'xokk tal-lejżer57,58,59, li jintuża wkoll għat-trattament tal-wiċċ ta' partijiet manifatturati b'mod addittiv60.Madankollu, it-tisħiħ tax-xokk tal-lejżer huwa l-aktar effettiv fuq impulsi tal-laser nanosekondi u uċuħ mgħobbija mekkanikament (eż., b'saff ta 'likwidu)59 minħabba li l-pressjoni mekkanika tiżdied.
Saru esperimenti biex jinvestigaw l-effetti possibbli ta 'diversi oqsma fiżiċi fuq il-mikrostruttura ta' materjali solidifikati. Id-dijagramma funzjonali tas-setup sperimentali hija murija fil-Figura 1.Laser Nd:YAG ta 'stat solidu pulsat li jopera f'modalità ta' tħaddim ħieles (tul ta 'tul tal-polz \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) intużat serje ta' polz ta 'filtri newtrali. sistema tal-pjanċa ter.Skond il-kombinazzjoni ta 'filtri ta' densità newtrali, l-enerġija tal-polz fuq il-mira tvarja minn \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) għal \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). }\)) jintużaw biex jiddeterminaw l-inċident lejn u riflessi mill-mira, u żewġ miters tal-qawwa (fotodijodi b'ħinijiet qosra ta' rispons\(<10~\text {ns}\)) biex jiddeterminaw il-qawwa ottika inċidentali u riflessa. Kalorimetri u miters tal-qawwa ġew ikkalibrati biex jagħtu valuri f'unitajiet assoluti bl-użu ta 'termopile detector Gentec-EO XLP12-3S-am fuq il-mira dielettrika u immuntati fuq il-mira dielettrika. lenti (kisja kontra r-riflessjoni f'\(1.06 \upmu \text {m}\), tul fokali \(160~\text {mm}\)) u qadd tar-raġġ fil-wiċċ fil-mira 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Dijagramma skematika funzjonali tas-setup sperimentali: 1—laser;2—raġġ tal-lejżer;3—filtru tad-densità newtrali;4—fotodijodu sinkronizzat;5—splitter tar-raġġ;6—dijaframma;7—kalorimetru tar-raġġ inċidentali;8 – kalorimetru tar-raġġ rifless;9 – miter tal-qawwa tar-raġġ inċidentali;10 – miter tal-qawwa tar-raġġ rifless;11 – lenti li tiffoka;12 – mera;13 – kampjun;14 – transducer pjeżoelettriku broadband;15 – konvertitur 2D;16 – mikrokontrollur tal-pożizzjonament;17 – unità ta' sinkronizzazzjoni;18 – sistema ta' akkwist diġitali b'ħafna kanali b'rati varji ta' kampjunar;19 – kompjuter personali.
It-trattament ultrasoniku jitwettaq kif ġej. Il-laser jopera f'modalità ta 'ġirja ħielsa;għalhekk it-tul tal-polz tal-lejżer huwa \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), li jikkonsisti f'tul ta' żmien multipli ta' madwar \(1.5~\upmu \text {s} \) kull wieħed.Il-forma temporali tal-polz tal-laser u l-ispettru tiegħu jikkonsistu f'pakkett ta 'frekwenza baxxa u modulazzjoni ta' frekwenza għolja ta 'frekwenza għolja, b'modulazzjoni ta' frekwenza medja ta' madwar \. - L-envelop tal-frekwenza jipprovdi t-tisħin u t-tidwib u l-evaporazzjoni sussegwenti tal-materjal, filwaqt li l-komponent ta 'frekwenza għolja jipprovdi l-vibrazzjonijiet ultrasoniċi minħabba l-effett fotoakustiku. Il-forma tal-mewġ tal-polz ultrasoniku ġġenerat mill-laser hija ddeterminata prinċipalment mill-forma tal-ħin tal-intensità tal-polz tal-laser.Huwa minn \(7~\text {kHz}\) sa \ (2~\text {MHz}\), u l-frekwenza ċentrali hija \(~ 0.7~\text {MHz}\). Impuls akustiċi minħabba l-effett fotoakustiku ġew irreġistrati bl-użu ta 'transducers pjeżoelettriċi broadband magħmula minn films tal-fluworidu tal-poliviniliden. ta' laser mod ta' tħaddim ħieles.
Id-distribuzzjoni temporali tal-intensità tal-polz tal-laser (a) u l-veloċità tal-ħoss fil-wiċċ ta 'wara tal-kampjun (b), l-ispettri tal-polz tal-laser (c) u l-polz ultrasoniku (d) kellhom medja ta' aktar minn 300 impuls tal-laser (kurva ħamra) għal polz tal-laser wieħed (kurva blu).
Nistgħu niddistingwu b'mod ċar il-komponenti ta 'frekwenza baxxa u ta' frekwenza għolja tat-trattament akustiku li jikkorrispondu għall-pakkett ta 'frekwenza baxxa tal-polz tal-laser u l-modulazzjoni ta' frekwenza għolja, rispettivament.Il-wavelengths tal-mewġ akustiku ġġenerat mill-envelop tal-polz tal-laser jaqbeż \(40 ~\test {cm}\);għalhekk, l-effett ewlieni tal-komponenti ta 'frekwenza għolja tal-broadband tas-sinjal akustiku fuq il-mikrostruttura huwa mistenni.
Il-proċessi fiżiċi fl-SLM huma kumplessi u jseħħu simultanjament fuq skali spazjali u temporali differenti. Għalhekk, metodi multi-skala huma l-aktar adattati għall-analiżi teoretika ta 'SLM. Il-mudelli matematiċi għandhom inizjalment ikunu multi-fiżiċi.
Rati ta' tisħin u tkessiħ sa \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ minħabba irradjazzjoni bil-lejżer lokalizzata b'densitajiet ta' qawwa sa \(10^{13}~\text {W} ċm}^2\).
Iċ-ċiklu tat-tidwib-solidifikazzjoni jdum bejn 1 u \(10~\text {ms}\), li jikkontribwixxi għas-solidifikazzjoni rapida taż-żona tat-tidwib waqt it-tkessiħ.
Tisħin rapidu tal-wiċċ tal-kampjun jirriżulta fil-formazzjoni ta 'stress termoelastiku għoli fis-saff tal-wiċċ. ġenerazzjoni ta 'mewġ ta' strain ultrasoniku li jippropaga mill-wiċċ għas-sottostrat. Sabiex tinkiseb data kwantitattiva preċiża dwar l-istress lokali u d-distribuzzjoni tar-razza, titwettaq simulazzjoni mesoskopika tal-problema ta 'deformazzjoni elastika konjugata mat-trasferiment tas-sħana u l-massa.
L-ekwazzjonijiet li jirregolaw tal-mudell jinkludu (1) ekwazzjonijiet ta 'trasferiment tas-sħana mhux stabbli fejn il-konduttività termali tiddependi fuq l-istat tal-fażi (trab, tidwib, polikristallin) u temperatura, (2) varjazzjonijiet fid-deformazzjoni elastika wara ablazzjoni kontinwa u ekwazzjoni ta' espansjoni termoelastika. Il-problema tal-valur tal-konfini hija determinata minn kundizzjonijiet sperimentali. Il-fluss huwa definit ibbażat fuq il-kalkolu tal-pressjoni tal-fwar saturat tal-materjal li jevapora. Ir-relazzjoni elastoplastika stress-strain tintuża fejn l-istress termoelastiku huwa proporzjonali għad-differenza fit-temperatura. Għall-qawwa nominali \(300~\text {W}\), frekwenza \(10^5~\text {Hz}\), koeffiċjent intermittenti 100~\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\'' 100~\text {Hz}\), koeffiċjent intermittenti 100 ~ 100~
Il-Figura 3 turi r-riżultati ta 'simulazzjoni numerika taż-żona mdewba bl-użu ta' mudell matematiku makroskopiku. Id-dijametru taż-żona ta 'fużjoni huwa \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) raġġ) u \(40~\upmu \text {m}\) fond. ) minħabba l-fattur intermittenti għoli tal-modulazzjoni tal-polz. Ir-rati tat-tisħin \(V_h\) u t-tkessiħ \(V_c\) huma tal-ordni ta' \(10^7\) u \(10^6~\text {K}/\text {s}\), rispettivament. Dawn il-valuri jaqblu tajjeb mal-analiżi preċedenti tagħna64. , fejn il-konduzzjoni termali għas-sottostrat hija insuffiċjenti biex tneħħi s-sħana.Għalhekk, fi \(t=26~\upmu \text {s}\) it-temperatura tal-wiċċ togħla daqs \(4800~\text {K}\). Evaporazzjoni qawwija tal-materjal tista 'tikkawża li l-wiċċ tal-kampjun jiġi soġġett għal pressjoni eċċessiva u titqaxxar.
Riżultati ta 'simulazzjoni numerika taż-żona tat-tidwib ta' ttemprar tal-polz tal-laser wieħed fuq pjanċa tal-kampjun 316L. Il-ħin mill-bidu tal-polz sal-fond tal-pool imdewweb li jilħaq il-valur massimu huwa \(180~\upmu\text {s}\). L-isoterma\(T = T_L = 1723 ~\test {K}\) tirrappreżenta l-isobar u l-fażi solida. d stress ikkalkulat bħala funzjoni tat-temperatura fit-taqsima li jmiss.Għalhekk, fid-dominju bejn iż-żewġ isolines (isotermi \ (T = T_L \) u isobars \ (\ sigma = \ sigma _V (T) \)), il-fażi solida hija soġġetta għal tagħbijiet mekkaniċi qawwija , li jistgħu jwasslu għal bidliet fil-mikrostruttura.
Dan l-effett huwa spjegat aktar fil-Figura 4a, fejn il-livell tal-pressjoni fiż-żona mdewba huwa plottjat bħala funzjoni tal-ħin u d-distanza mill-wiċċ.L-ewwel, l-imġieba tal-pressjoni hija relatata mal-modulazzjoni tal-intensità tal-polz tal-laser deskritta fil-Figura 2 hawn fuq. Pressjoni massima \text{s}\) ta 'madwar \(10~\text {MPa}\) kienet osservata f'madwar \(t-t-t = 2Second) lokali. karatteristiċi ta 'ċillazzjoni bħala l-frekwenza ta' \(500 ~\test {kHz}\).Dan ifisser li mewġ tal-pressjoni ultrasoniku huma ġġenerati fil-wiċċ u mbagħad jinfirxu fis-sottostrat.
Il-karatteristiċi kkalkulati taż-żona ta 'deformazzjoni ħdejn iż-żona tat-tidwib huma murija fil-Fig. 4b. L-ablazzjoni bil-lejżer u l-istress termoelastiku jiġġeneraw mewġ ta' deformazzjoni elastika li jinfirxu fis-sottostrat. Kif jidher mill-figura, hemm żewġ stadji ta 'ġenerazzjoni ta' stress. il-pressjoni tal-wiċċ.Dan l-istress iseħħ minħabba l-ablazzjoni bil-lejżer, u l-ebda stress termoelastiku ma ġie osservat fil-punti ta 'kontroll minħabba li ż-żona inizjali affettwata mis-sħana kienet żgħira wisq. Meta s-sħana tinħela fis-sottostrat, il-punt ta' kontroll jiġġenera stress termoelastiku għoli 'l fuq minn \(40 ~\test {MPa}\).
Il-livelli ta 'stress modulati miksuba għandhom impatt sinifikanti fuq l-interface solidu-likwidu u jistgħu jkunu l-mekkaniżmu ta' kontroll li jirregola l-passaġġ ta 'solidifikazzjoni. Id-daqs taż-żona ta' deformazzjoni huwa 2 sa 3 darbiet akbar minn dak taż-żona tat-tidwib. 300 u \(800~\upmu \text {m}\) skond il-ħin istantanju.
Għalhekk, il-modulazzjoni kumplessa tat-ttemprar tal-laser pulsat twassal għall-effett ultrasoniku. Il-mogħdija tal-għażla tal-mikrostruttura hija differenti meta mqabbla mal-SLM mingħajr tagħbija ultrasonika. ty biex tiddisinja prototip SLM mmexxi mill-ultrasound indott mill-modulazzjoni tal-polz. F'dan il-każ, l-inductor pjeżoelettriku 26 użat x'imkien ieħor jista 'jiġi eskluż.
(a) Pressjoni bħala funzjoni tal-ħin, ikkalkulata f'distanzi differenti mill-wiċċ 0, 20 u \(40~\upmu \text {m}\) tul l-assi tas-simetrija. (b) Stress ta' Von Mises li jiddependi mill-ħin ikkalkulat f'matriċi solida f'distanzi 70, 120 u \(170~\upmu \text {m}\) mill-wiċċ tal-kampjun.
Twettqu esperimenti fuq pjanċi ta 'l-istainless steel AISI 321H b'dimensjonijiet \(20\times 20\times 5~\text {mm}\).Wara kull polz tal-laser, il-pjanċa timxi \(50~\upmu \text {m}\), u l-qadd tar-raġġ tal-lejżer fuq il-wiċċ fil-mira huwa madwar \(100 ~\upmu \u0026#39;tagħmel l-istess binarji tul l-istess submu\u0026; tidwib mill-ġdid tal-materjal ipproċessat għar-raffinament tal-qamħ.Fil-każijiet kollha, iż-żona mdewba mill-ġdid ġiet ivvibrata, skont il-komponent oxxillatorju tar-radjazzjoni tal-laser.Dan jirriżulta fi tnaqqis ta 'aktar minn 5 darbiet fiż-żona medja tal-qamħ.Figura 5 turi kif il-mikrostruttura tar-reġjun imdewweb bil-lejżer tinbidel bin-numru ta' ċikli ta 'tidwib mill-ġdid sussegwenti (passes).
Subplots (a,d,g,j) u (b,e,h,k) – mikrostruttura ta’ reġjuni mdewba bil-laser, subplots (c,f,i,l) – distribuzzjoni taż-żona tal-ħbub ikkuluriti.L-isfumatura tirrappreżenta l-partiċelli użati biex tiġi kkalkulata l-istogramma.Il-kuluri jikkorrispondu għar-reġjuni tal-qamħ (ara l-istrixxa tal-kulur fin-naħa ta’ fuq tal-istogramma. Is-subplots (ac) jikkorrispondu għal stainless steel mhux ittrattat, u subplots (df), (gi), (jl) jikkorrispondu għal 1, 3 u 5 remelts.
Peress li l-enerġija tal-polz tal-laser ma tinbidilx bejn passaġġi sussegwenti, il-fond taż-żona mdewba huwa l-istess. Għalhekk, il-kanal sussegwenti "jkopri" kompletament dak ta 'qabel.Madankollu, l-istogramma turi li l-erja medja u medjana tal-qamħ tonqos b'numru dejjem jiżdied ta' passaġġi.Dan jista 'jindika li l-laser qed jaġixxi fuq is-sottostrat aktar milli t-tidwib.
Ir-raffinament tal-qamħ jista 'jkun ikkawżat minn tkessiħ rapidu tal-pool65.Sett ieħor ta' esperimenti sar li fih l-uċuħ ta 'pjanċi tal-istainless steel (321H u 316L) kienu esposti għal radjazzjoni tal-lejżer tal-mewġ kontinwu fl-atmosfera (Fig. 6) u vakwu (Fig. 7). mod ta' tħaddim ħieles.Madankollu, ġiet osservata struttura ta' kolonni tipika.
Mikrostruttura tar-reġjun imdewweb bil-lejżer ta 'lejżer tal-mewġ kontinwu (qawwa kostanti ta' 300 W, veloċità tal-iskannjar ta '200 mm/s, azzar li ma jissaddadx AISI 321H).
(a) Mikrostruttura u (b) stampi ta 'diffrazzjoni ta' backscatter ta 'l-elettroni tar-reġjun imdewweb bil-lejżer fil-vakwu b'lejżer tal-mewġ kontinwu (100 W qawwa kostanti, veloċità ta' skennjar ta '200 mm/s, azzar inossidabbli AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Għalhekk, huwa muri biċ-ċar li l-modulazzjoni kumplessa ta 'l-intensità tal-polz tal-laser għandha effett sinifikanti fuq il-mikrostruttura li tirriżulta. Aħna nemmnu li dan l-effett huwa ta' natura mekkanika u jseħħ minħabba l-ġenerazzjoni ta 'vibrazzjonijiet ultrasoniċi propagazzjoni mill-wiċċ irradjat tat-tidwib fil-fond fil-kampjun. inkluż liga Ti-6Al-4V 26 u azzar li ma jissaddadx 34 ir-riżultat ta.Il-mekkaniżmu possibbli huwa spekulat kif ġej.L-ultrasound intensiv jista 'jikkawża kavitazzjoni akustika, kif muri f'immaġini tar-raġġi X sinkrotron ultraveloċi in situ. Il-kollass tal-bżieżaq tal-kavitazzjoni min-naħa tiegħu jiġġenera mewġ ta' xokk fil-materjal imdewweb, li l-pressjoni ta 'quddiem tagħha tista' tkun xokk ta' quddiem \( ) b'saħħitha biżżejjed biex tippromwovi l-formazzjoni ta 'nuklei ta' fażi solida ta 'daqs kritiku f'likwidi bl-ingrossa, li tfixkel l-istruttura tipika tal-qamħ kolonni tal-manifattura addittiva saff b'saff.
Hawnhekk, nipproponu mekkaniżmu ieħor responsabbli għall-modifika strutturali permezz ta 'sonication intensa. Immedjatament wara s-solidifikazzjoni, il-materjal huwa f'temperatura għolja qrib il-punt tat-tidwib u għandu stress ta' rendiment estremament baxx. Mewġ ultrasoniku intens jista 'jikkawża fluss tal-plastik biex ibiddel l-istruttura tal-qamħ tal-materjal sħun, biss solidifikat. Għalhekk, biex tittestja din l-ipoteżi, għamilna simulazzjonijiet ta’ dinamika molekulari (MD) ta’ kompożizzjoni Fe-Cr-Ni simili għal azzar AISI 316 L sabiex nevalwaw l-imġieba ta’ stress ta’ rendiment qrib il-punt tat-tidwib. ) minn 74. Simulazzjonijiet MD saru bl-użu tal-kodiċi LAMMPS 75,76.Dettalji tas-simulazzjonijiet MD se jiġu ppubblikati x'imkien ieħor.Ir-riżultati tal-kalkolu MD ta 'stress ta' rendiment bħala funzjoni tat-temperatura huma murija f'Fig. 8 flimkien ma 'dejta sperimentali disponibbli u evalwazzjonijiet oħra77,78,79,80,81,82.
Stress ta' rendiment għall-istainless steel awstenitiku ta' grad AISI 316 u kompożizzjoni tal-mudell kontra temperatura għal simulazzjonijiet MD. Kejl sperimentali minn referenzi: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. irreferi għal. .Ir-riżultati tas-simulazzjonijiet MD fuq skala kbira f'dan l-istudju huma indikati bħala \(\vartriangleleft\) għal kristall wieħed infinit mingħajr difetti u \(\vartriangleright\) għal ħbub finiti b'kont meħud tad-daqs medju tal-qamħ permezz tar-relazzjoni Hall-Petch Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Wieħed jista 'jara li fi \(T>1500~\text {K}\) it-tensjoni tal-produzzjoni tinżel taħt \(40~\text {MPa}\).Min-naħa l-oħra, l-istimi jbassru li l-amplitudni ultrasonika ġġenerata bil-lejżer taqbeż \(40~\test {MPa}\) (ara Fig. 4b), li huwa biżżejjed biex jinduċi fluss tal-plastik solidu biss fil-materjal sħun.
Il-formazzjoni tal-mikrostruttura ta 'l-istainless steel awstenitiku 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) matul SLM ġiet investigata b'mod sperimentali bl-użu ta' sors tal-laser pulsat modulat b'intensità kumplessa.
Tnaqqis tad-daqs tal-qamħ fiż-żona tat-tidwib tal-lejżer instab minħabba t-tidwib mill-ġdid tal-lejżer kontinwu wara 1, 3 jew 5 passes.
L-immudellar makroskopiku juri li d-daqs stmat tar-reġjun fejn id-deformazzjoni ultrasonika tista 'taffettwa b'mod pożittiv il-faċċata tas-solidifikazzjoni hija sa \(1~\test {mm}\).
Il-mudell MD mikroskopiku juri li s-saħħa tar-rendiment ta 'l-istainless steel awstenitiku AISI 316 hija mnaqqsa b'mod sinifikanti għal \(40~\text {MPa}\) ħdejn il-punt tat-tidwib.
Ir-riżultati miksuba jissuġġerixxu metodu għall-kontroll tal-mikrostruttura tal-materjali bl-użu ta 'proċessar tal-lejżer modulat kumpless u jistgħu jservu bħala l-bażi għall-ħolqien ta' modifiki ġodda tat-teknika SLM pulsata.
Liu, Y. et al.Evoluzzjoni mikrostrutturali u proprjetajiet mekkaniċi ta 'komposti TiB2/AlSi10Mg in situ permezz ta' tidwib selettiv bil-laser [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al.Inġinerija tal-konfini tal-qamħ tar-rikristallizzazzjoni tat-tidwib selettiv tal-lejżer ta 'l-istainless steel 316L [J].Ġurnal ta’ Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Żvilupp in situ ta 'mikrostrutturi sandwich b'duttilità msaħħa permezz ta' tisħin mill-ġdid bil-lejżer ta 'alloys.science.Rep tat-titanju mdewweb bil-lejżer.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Manifattura addittiva ta 'partijiet Ti-6Al-4V permezz ta' depożizzjoni tal-metall bil-laser (LMD): proċess, mikrostruttura u proprjetajiet mekkaniċi.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al.Modellar mikrostrutturali ta 'depożizzjoni ta' enerġija diretta tat-trab tal-metall tal-laser ta 'Alloy 718.Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al.Parametric Neutron Bragg Edge Imaging Studju ta 'Kampjuni Manifatturati b'mod Addittiv Ittrattati bil-Laser Shock Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Mikrostruttura tal-gradjent u proprjetajiet mekkaniċi ta 'Ti-6Al-4V fabbrikati b'mod addittiv permezz ta' tidwib tar-raġġ ta 'elettroni.Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).