Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu pre CSS. Ak chcete dosiahnuť najlepší zážitok, odporúčame vám použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v Internet Exploreri). Aby sme zaistili nepretržitú podporu, budeme stránku zobrazovať bez štýlu a JavaScriptu.
Navrhuje sa nový mechanizmus založený na selektívnom tavení laserom na riadenie mikroštruktúry produktov vo výrobnom procese. Mechanizmus sa opiera o generovanie vysokointenzívnych ultrazvukových vĺn v roztavenom bazéne komplexným laserovým žiarením s modulovanou intenzitou. Experimentálne štúdie a numerické simulácie ukazujú, že tento riadiaci mechanizmus je technicky realizovateľný a možno ho efektívne integrovať do konštrukcie moderných selektívnych laserových taviacich strojov.
Aditívna výroba (AM) súčiastok zložitých tvarov sa v posledných desaťročiach výrazne rozrástla. Avšak napriek rôznorodosti procesov aditívnej výroby, vrátane selektívneho laserového tavenia (SLM)1,2,3, priameho nanášania kovu laserom4,5,6, tavenia elektrónovým lúčom7,8 a iných9,10, môžu byť súčiastky chybné. Je to spôsobené najmä vysokými špecifickými charakteristikami procesu tavenia a opätovného tavenia spojeného s vysokým tepelným gradientom tuhnutia, procesom ochladzovania. materiály11, čo vedie k epitaxnému rastu zŕn a výraznej pórovitosti12,13.Výsledky ukazujú, že na dosiahnutie jemných rovnoosých štruktúr zŕn je potrebné kontrolovať teplotné gradienty, rýchlosti ochladzovania a zloženie zliatiny alebo aplikovať dodatočné fyzikálne rázy cez vonkajšie polia rôznych vlastností (napr. ultrazvuk).
Vplyvom vibračného spracovania na proces tuhnutia pri konvenčných procesoch odlievania sa zaoberá množstvo publikácií14,15.Aplikácia vonkajšieho poľa na sypkú taveninu však nevytvára požadovanú mikroštruktúru materiálu.Ak je objem kvapalnej fázy malý, situácia sa dramaticky zmení.V tomto prípade vonkajšie pole výrazne ovplyvňuje proces tuhnutia.Elektromagnetické efekty boli zvážené počas intenzívnych akustických polí21216,2117 26,27, oblúkové miešanie28 a oscilácia29, pulzné plazmové oblúky30,31 a iné metódy32 .Pripevnenie k substrátu pomocou externého vysokointenzívneho zdroja ultrazvuku (pri 20 kHz). Ultrazvukom indukované zjemnenie zrna sa pripisuje zväčšenej zóne podchladenia zloženia v dôsledku zníženého teplotného gradientu a zlepšeniu ultrazvuku prostredníctvom generovania nových kavitalít.
V tejto práci sme skúmali možnosť zmeny štruktúry zŕn austenitických nehrdzavejúcich ocelí sonikáciou roztaveného kúpeľa zvukovými vlnami generovanými samotným taviacim laserom. Modulácia intenzity laserového žiarenia dopadajúceho na svetlo pohlcujúce médium má za následok generovanie ultrazvukových vĺn, ktoré menia mikroštruktúru materiálu. Túto moduláciu intenzity laserového žiarenia je možné jednoducho 3D integrovať do exponovaných laserových doštičiek na laserových doskách s exponovanou oceľou. -modulované laserové žiarenie. Technicky sa teda robí laserová povrchová úprava. Ak sa však takéto laserové ošetrenie vykonáva na povrchu každej vrstvy, pri vrstvení vrstvy sa dosahujú efekty na celý objem alebo na vybrané časti objemu. Inými slovami, ak je dielec konštruovaný vrstva po vrstve, laserová povrchová úprava každej vrstvy je ekvivalentná „laserovému objemovému ošetreniu“.
Zatiaľ čo v ultrazvukovej ultrazvukovej terapii na báze rohov je ultrazvuková energia stojatej zvukovej vlny distribuovaná v celej zložke, zatiaľ čo laserom indukovaná intenzita vyvolaná laserom je vysoko koncentrovaná v blízkosti bodu, kde je laserové žiarenie absorbované. Použitie sonotródy v SLM práškovej fúzii je komplikovaná, pretože horný povrch povrchu je vystavený lesu. Povrch časti. th je zvyčajne menší ako \ (\ sim 0,3 ~ \ text {mm} \). Preto účinok ultrazvuku na kavitáciu môže byť malý.
Je potrebné poznamenať, že použitie laserového žiarenia s modulovanou intenzitou pri priamom laserovom nanášaní kovov je aktívnou oblasťou výskumu35,36,37,38.
Tepelný účinok laserového žiarenia dopadajúceho na médium je základom pre takmer všetky laserové techniky 39, 40 na spracovanie materiálu, ako je rezanie41, zváranie, kalenie, vŕtanie42, čistenie povrchov, legovanie povrchov, leštenie povrchov43 atď. Vynález lasera podnietil nový vývoj v technikách spracovania materiálov a predbežné výsledky sú zhrnuté v početných prehľadoch a monografiách44,45,46.
Je potrebné poznamenať, že akékoľvek nestacionárne pôsobenie na médium, vrátane pôsobenia laseru na absorbujúce médium, má za následok budenie akustických vĺn v ňom s väčšou alebo menšou účinnosťou. Spočiatku sa hlavný dôraz kládol na laserové budenie vĺn v kvapalinách a rôzne tepelné excitačné mechanizmy zvuku (tepelná expanzia, odparovanie, zmena objemu pri fázovom prechode, kontrakcia, atď.)0847,59 monograf. 1, 52 poskytujú teoretické analýzy tohto procesu a jeho možné praktické aplikácie.
O tejto problematike sa následne diskutovalo na rôznych konferenciách a laserová excitácia ultrazvuku má uplatnenie v priemyselných aplikáciách laserovej technológie53 aj v medicíne54. Preto možno považovať základnú koncepciu procesu, ktorým pulzné laserové svetlo pôsobí na absorbujúce médium. Laserová ultrazvuková kontrola sa používa na detekciu defektov vzoriek vyrobených SLM55,56.
Vplyv laserom generovaných rázových vĺn na materiály je základom laserového šokového peeningu57,58,59, ktorý sa používa aj na povrchovú úpravu aditívne vyrábaných dielov60.Najúčinnejšie je však spevnenie laserovým šokom na nanosekundových laserových impulzoch a mechanicky zaťažených povrchoch (napr. s vrstvou kvapaliny)59, pretože mechanické zaťaženie zvyšuje špičkový tlak.
Uskutočnili sa experimenty, aby sa preskúmali možné účinky rôznych fyzikálnych polí na mikroštruktúru stuhnutých materiálov. Funkčný diagram experimentálneho usporiadania je znázornený na obrázku 1. Použil sa pulzný Nd:YAG polovodičový laser pracujúci v režime voľného chodu (trvanie impulzu \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )). s, energia impulzu na cieli sa mení od \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) do \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) .Laserový lúč odrazený od rozdeľovača lúčov je privádzaný do fotodiódy na simultánny zber dát a dva kalorimetre (fotodiódy) určujú od cieľa a odrazený čas dopadajúce do 1~\ text presahujúci dva merače výkonu (fotodiódy s krátkymi časmi odozvy\(<10~\text {ns}\)) na určenie dopadajúceho a odrazeného optického výkonu. Kalorimetre a merače výkonu boli kalibrované tak, aby poskytovali hodnoty v absolútnych jednotkách pomocou termočlánkového detektora Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 a dielektrického zrkadla namontovaného na mieste vzorky \.Zaostrite lúč (reflexný lúč na {mu \0 m} \), ohnisková vzdialenosť \(160~\text {mm}\)) a pás lúča na cieľovom povrchu 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Funkčný schematický diagram experimentálneho usporiadania: 1—laser;2 – laserový lúč;3 — filter s neutrálnou hustotou;4 – synchronizovaná fotodióda;5 — rozdeľovač lúčov;6 - bránica;7—kalorimeter dopadajúceho lúča;8 – kalorimeter odrazeného lúča;9 – merač výkonu dopadajúceho lúča;10 – merač výkonu odrazeného lúča;11 – zaostrovacia šošovka;12 – zrkadlo;13 – ukážka;14 – širokopásmový piezoelektrický menič;15 – 2D prevodník;16 – polohovací mikrokontrolér;17 – synchronizačná jednotka;18 – viackanálový digitálny akvizičný systém s rôznymi vzorkovacími rýchlosťami;19 – osobný počítač.
Ultrazvukové ošetrenie sa vykonáva nasledovne. Laser pracuje vo voľnobežnom režime;preto trvanie laserového impulzu je \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), ktorý pozostáva z viacnásobného trvania približne \(1,5~\upmu \text {s } \). Časový tvar laserového impulzu a jeho spektrum pozostáva z nízkofrekvenčnej obálky a vysokofrekvenčnej modulácie, s priemernou frekvenciou na obrázku 2} \(0.7 na obrázku poskytuje približne \2\ zahrievanie a následné tavenie a odparovanie materiálu, pričom vysokofrekvenčná zložka zabezpečuje ultrazvukové vibrácie v dôsledku fotoakustického efektu. Tvar vlny ultrazvukového impulzu generovaného laserom je určený najmä časovým tvarom intenzity laserového impulzu.Je to od \ (7 ~ \ text {khz} \) do \ (2 ~ \ text {mHz} \) a stredová frekvencia je \ (~ 0,7 ~ ~ \ text {mHz} \). Akustické pulzy sa zaznamenávajú a zaznamenávajú akustické flusové flusové flusénové flukované flusénové flukované flukované flukované flukované flukované flukované flukované flukované flukované sú znázornené na obrázku 2. Je potrebné poznamenať, že tvar laserových impulzov je typický pre voľný režim lasera.
Časová distribúcia intenzity laserového impulzu (a) a rýchlosti zvuku na zadnom povrchu vzorky (b), spektrá laserového impulzu (c) a ultrazvukového impulzu (d) spriemerované cez 300 laserových impulzov (červená krivka) pre jeden laserový impulz (modrá krivka).
Dokážeme jasne rozlíšiť nízkofrekvenčnú a vysokofrekvenčnú zložku akustického ošetrenia zodpovedajúcu nízkofrekvenčnej obálke laserového impulzu a vysokofrekvenčnej modulácii. Vlnové dĺžky akustických vĺn generovaných obálkou laserových impulzov presahujú \(40~\text {cm}\);preto sa očakáva hlavný vplyv širokopásmových vysokofrekvenčných zložiek akustického signálu na mikroštruktúru.
Fyzikálne procesy v SLM sú zložité a prebiehajú súčasne v rôznych priestorových a časových mierkach. Preto sú pre teoretickú analýzu SLM najvhodnejšie viacúrovňové metódy. Matematické modely by mali byť spočiatku viacfyzikálne. Mechaniku a termofyziku viacfázového média „tuhá látka-kvapalina“ interagujúceho s atmosférou inertného plynu potom možno efektívne opísať. Charakteristiky materiálových tepelných zaťažení sú v SLM nasledovné.
Rýchlosti ohrevu a chladenia až \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ v dôsledku lokalizovaného laserového žiarenia s hustotou výkonu až \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Cyklus tavenia-tuhnutia trvá medzi 1 a \(10~\text {ms}\), čo prispieva k rýchlemu tuhnutiu zóny tavenia počas chladenia.
Rýchle zahriatie povrchu vzorky má za následok vznik vysokých termoelastických napätí v povrchovej vrstve. Dostatočná (až 20 %) časť práškovej vrstvy je silne odparená63, čo má za následok dodatočné tlakové zaťaženie povrchu v reakcii na laserovú abláciu. V dôsledku toho indukované napätie výrazne skresľuje geometriu dielu, najmä v blízkosti podpier a tenkých konštrukčných prvkov. Vysoká rýchlosť ohrevu povrchu vedie k impulznému šíreniu ultrasonického lasera. Na získanie presných kvantitatívnych údajov o lokálnom rozložení napätia a deformácie sa vykonáva mezoskopická simulácia problému elastickej deformácie spojenej s prenosom tepla a hmoty.
Riadiace rovnice modelu zahŕňajú (1) nestabilné rovnice prenosu tepla, kde tepelná vodivosť závisí od fázového stavu (prášok, tavenina, polykryštalický) a teploty, (2) kolísanie elastickej deformácie po ablácii kontinua a rovnicu termoelastickej expanzie. Hraničná úloha je určená experimentálnymi podmienkami. Modulovaný tok výmeny tepla lasera je definovaný na základe fluktatívneho x vodivého chladenia povrchu vzorky. výpočet tlaku nasýtených pár odparujúceho sa materiálu.Používa sa vzťah elastoplastické napätie-deformácia, kde termoelastické napätie je úmerné teplotnému rozdielu.Pre nominálny výkon \(300~\text {W}\), frekvenciu \(10^5~\text {Hz}\), prerušovaný koeficient 100 a \(200~\upmu) \text efektívneho priemeru lúča {m}
Obrázok 3 ukazuje výsledky numerickej simulácie roztavenej zóny pomocou makroskopického matematického modelu. Priemer zóny fúzie je \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) polomer) a \(40~\upmu \text {m}\) hĺbka.Výsledky simulácie vzhľadom na lokálnu teplotu sa líšia {1}\0\ vysoký prerušovaný faktor pulznej modulácie. Rýchlosti ohrevu \(V_h\) a chladenia \(V_c\) sú rádovo \(10^7\) a \(10^6~\text {K}/\text {s}\).Tieto hodnoty sú v dobrej zhode s našou predchádzajúcou analýzou64.Rádový rozdiel medzi \(V_h_) vedie povrchovú vrstvu rýchlo a \(V_h_) má za následok rýchle vedenie tepla po povrchu substrátu \(V_h_)\ je nedostatočná na odvádzanie tepla. Preto pri \(t=26~\upmu \text {s}\) povrchová teplota vrcholí až \(4800~\text {K}\). Prudké vyparovanie materiálu môže spôsobiť, že povrch vzorky bude vystavený nadmernému tlaku a odlupuje sa.
Výsledky numerickej simulácie taviacej zóny jediného laserového pulzného žíhania na 316L vzorkovej doske.Čas od začiatku pulzu po hĺbku roztaveného kúpeľa dosiahnutím maximálnej hodnoty je \(180~\upmu\text {s}\).Izoterma\(T = T_L = 1723~\text {K}\) predstavuje tekutú a dolnú hranicu medzi prieťažnosťou. funkcie teploty v ďalšej časti. Preto je tuhá fáza v oblasti medzi dvoma izočiarami (izotermy\(T=T_L\) a izobary\(\sigma =\sigma _V(T)\)) vystavená silnému mechanickému zaťaženiu, čo môže viesť k zmenám v mikroštruktúre.
Tento efekt je ďalej vysvetlený na obrázku 4a, kde je úroveň tlaku v roztavenej zóne vynesená ako funkcia času a vzdialenosti od povrchu. Po prvé, tlakové správanie súvisí s moduláciou intenzity laserového impulzu opísanou na obrázku 2 vyššie. Maximálny tlak \text{s}\) približne \(10~\text {MPa}\) bol pozorovaný pri približne \(t=26 d = 26 d, kolísanie bodu fluktuácie). frekvencia \(500~\text {kHz}\). To znamená, že ultrazvukové tlakové vlny sú generované na povrchu a potom sa šíria do substrátu.
Vypočítané charakteristiky deformačnej zóny v blízkosti zóny tavenia sú znázornené na obr. 4b. Laserová ablácia a termoelastické napätie generujú elastické deformačné vlny, ktoré sa šíria do substrátu. Ako je zrejmé z obrázku, existujú dve fázy generovania napätia. Počas prvej fázy \(t < 40~\upmu \text {s}\) nastáva Misesove napätie\ podobné ako u lasera \(8~ tento modul tlaku)\ text. ablácia a v kontrolných bodoch nebolo pozorované žiadne termoelastické napätie, pretože počiatočná zóna ovplyvnená teplom bola príliš malá. Keď sa teplo rozptýli do substrátu, kontrolný bod generuje vysoké termoelastické napätie nad \(40~\text {MPa}\).
Získané modulované úrovne napätia majú významný vplyv na rozhranie tuhá látka-kvapalina a môžu byť riadiacim mechanizmom, ktorým sa riadi dráha tuhnutia. Veľkosť deformačnej zóny je 2 až 3-krát väčšia ako veľkosť zóny tavenia. Ako je znázornené na obrázku 3, porovnáva sa umiestnenie izotermy tavenia a úroveň napätia rovnajúca sa napätiu na medzi klzu. To znamená, že pulzné laserové ožarovanie s vysokým priemerom 0~30 \ miestneho ožiarenia poskytuje (8mu efektívne ožarovanie laserom a vysokým priemerom \text {m}\) v závislosti od okamžitého času.
Preto komplexná modulácia pulzného laserového žíhania vedie k ultrazvukovému efektu. Dráha výberu mikroštruktúry je odlišná v porovnaní s SLM bez ultrazvukového zaťaženia. Deformované nestabilné oblasti vedú k periodickým cyklom stláčania a naťahovania v tuhej fáze. Vytváranie nových hraníc zŕn a hraníc podzŕn sa tak stáva realizovateľným. Preto je možné pomocou ultrazvuku získané zámerne zmeniť štrukturálne vlastnosti ako možnosť nižšieho návrhu ukázať. V tomto prípade môže byť inde použitý piezoelektrický induktor 26 vylúčený.
(a) Tlak ako funkcia času vypočítaný v rôznych vzdialenostiach od povrchu 0, 20 a \(40~\upmu \text {m}\) pozdĺž osi symetrie. (b) Časovo závislé Von Misesovo napätie vypočítané v pevnej matici vo vzdialenostiach 70, 120 a \(170~\upmu \text {m}\) od povrchu vzorky
Experimenty sa uskutočňovali na doskách z nehrdzavejúcej ocele AISI 321H s rozmermi \(20\x 20\x 5~\text {mm}\). Po každom laserovom impulze sa doska pohne \(50~\upmu \text {m}\) a pás laserového lúča na cieľovom povrchu je približne \(100~\upmu \text sa spracuje po dráhe materiálu na následné roztavenie lúča na spresnenie rovnakého zrna). Vo všetkých prípadoch bola pretavená zóna sonikovaná v závislosti od oscilačnej zložky laserového žiarenia. Výsledkom je viac ako 5-násobné zníženie priemernej plochy zrna. Obrázok 5 ukazuje, ako sa mení mikroštruktúra laserom roztavenej oblasti s počtom následných cyklov pretavenia (prechodov).
Subplots (a,d,g,j) a (b,e,h,k) – mikroštruktúra laserom roztavených oblastí, subplots (c,f,i,l) – plošné rozloženie farebných zŕn.Stínovanie predstavuje častice použité na výpočet histogramu. Farby zodpovedajú oblastiam zŕn (pozri farebný pruh v hornej časti histogramu. Čiastkové grafy (ac) zodpovedajú neošetrenej nehrdzavejúcej oceli a vedľajšie grafy (df), (gi), (jl) zodpovedajú 1, 3 a 5 pretaveniam.
Keďže energia laserového impulzu sa medzi nasledujúcimi prechodmi nemení, hĺbka roztavenej zóny je rovnaká. Následný kanál tak úplne „prekrýva“ predchádzajúci. Histogram však ukazuje, že stredná a stredná plocha zŕn klesá so zvyšujúcim sa počtom prechodov. To môže naznačovať, že laser pôsobí skôr na substrát ako na taveninu.
Zjemnenie zŕn môže byť spôsobené rýchlym ochladením roztaveného kúpeľa65. Uskutočnil sa ďalší súbor experimentov, pri ktorých boli povrchy dosiek z nehrdzavejúcej ocele (321H a 316L) vystavené kontinuálnemu vlnovému laserovému žiareniu v atmosfére (obr. 6) a vo vákuu (obr. 7). Priemerný výkon lasera (300 W a 100 W, v tomto poradí) a výsledky v typickej hĺbke taveného bazénu pri laserovej kolóne sú blízke. bola pozorovaná ar štruktúra.
Mikroštruktúra laserom tavenej oblasti kontinuálneho vlnového lasera (300 W konštantný výkon, rýchlosť skenovania 200 mm/s, nehrdzavejúca oceľ AISI 321H).
(a) Mikroštruktúra a (b) difrakčné snímky laserom roztavenej oblasti vo vákuu s elektrónovým spätným rozptylom laserom s kontinuálnou vlnou (100 W konštantný výkon, rýchlosť skenovania 200 mm/s, nehrdzavejúca oceľ AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Preto je jasne dokázané, že komplexná modulácia intenzity laserového pulzu má významný vplyv na výslednú mikroštruktúru. Domnievame sa, že tento efekt je svojou povahou mechanický a nastáva v dôsledku generovania ultrazvukových vibrácií šíriacich sa z ožiareného povrchu taveniny hlboko do vzorky. Podobné výsledky boli získané v 13, 26, 34, 66, 67 ultrazvukových snímačoch s vysokou intenzitou v externých sozoelektrických materiáloch-Al-6 s použitím rôznych piezoelektrických materiálov-Al Výsledkom je zliatina V 26 a nehrdzavejúca oceľ 34. O možnom mechanizme sa špekuluje nasledovne. Intenzívny ultrazvuk môže spôsobiť akustickú kavitáciu, ako sa ukázalo pri ultrarýchlom in situ synchrotrónovom röntgenovom zobrazovaní. Zrútenie kavitačných bublín zase generuje rázové vlny v roztavenom materiáli, ktorého predný tlak dosahuje približne \(100~\-text {MPa.supha} kritická tvorba rázových vĺn)6 jadrá v sypkých kvapalinách, čo narúša typickú stĺpcovú štruktúru zŕn pri výrobe aditív po vrstvách.
Tu navrhujeme ďalší mechanizmus zodpovedný za štrukturálnu modifikáciu intenzívnou sonikáciou. Okamžite po stuhnutí má materiál vysokú teplotu blízko bodu topenia a má extrémne nízku medzu klzu. Intenzívne ultrazvukové vlny môžu spôsobiť plastický tok, ktorý zmení štruktúru zŕn horúceho, práve stuhnutého materiálu. Spoľahlivé experimentálne údaje o teplotnej závislosti medze klzu sú k dispozícii na adrese \(pozri T508}\)\ pri tejto hypotéze sme vykonali simulácie molekulárnej dynamiky (MD) zloženia Fe-Cr-Ni podobného zloženiu ocele AISI 316 L, aby sme vyhodnotili správanie sa medze klzu blízko bodu topenia. Na výpočet medze klzu sme použili techniku ​​relaxácie šmykového napätia MD podrobne opísanú v 70, 71, 72, 73. Na výpočty medziatómovej interakcie sme použili kód LAMM4 (MMPS) pomocou simulácií LAMMPS7 z modelu MMPS7. 75,76.Podrobnosti o MD simuláciách budú publikované inde.Výsledky MD výpočtu medze klzu ako funkcie teploty sú znázornené na obr. 8 spolu s dostupnými experimentálnymi údajmi a ďalšími hodnoteniami77,78,79,80,81,82.
Medza klzu pre austenitickú nehrdzavejúcu oceľ triedy AISI 316 a modelové zloženie verzus teplota pre MD simulácie. Experimentálne merania z referencií: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. pozri (f)82 je empirický model klzu pre výsledky merania napätia vo veľkom meradle laserom. MD simulácie v tejto štúdii sú označené ako \(\vartriangleleft\) pre nekonečný monokryštál bez defektov a \(\vartriangleright\) pre konečné zrná, berúc do úvahy priemernú veľkosť zŕn prostredníctvom Hall-Petchovho vzťahu Rozmery\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Je vidieť, že pri \(T>1500~\text {K}\) medza klzu klesne pod \(40~\text {MPa}\). Na druhej strane odhady predpovedajú, že amplitúda laserom generovaného ultrazvuku prekročí \(40~\text {MPa}\) (pozri obr. 4b), čo je dostatočné na vyvolanie plastického toku v horúcom materiáli práve stuhnutom.
Tvorba mikroštruktúry austenitickej nehrdzavejúcej ocele 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) počas SLM bola experimentálne skúmaná pomocou komplexného pulzného laserového zdroja s modulovanou intenzitou.
Zmenšenie veľkosti zŕn v zóne tavenia laserom bolo zistené v dôsledku nepretržitého laserového pretavovania po 1, 3 alebo 5 prechodoch.
Makroskopické modelovanie ukazuje, že odhadovaná veľkosť oblasti, kde môže ultrazvuková deformácia pozitívne ovplyvniť čelo tuhnutia, je až \(1~\text {mm}\).
Mikroskopický MD model ukazuje, že medza klzu austenitickej nehrdzavejúcej ocele AISI 316 je výrazne znížená na \(40~\text {MPa}\) blízko bodu topenia.
Získané výsledky naznačujú spôsob riadenia mikroštruktúry materiálov pomocou komplexného modulovaného laserového spracovania a môžu slúžiť ako základ pre vytvorenie nových modifikácií pulznej SLM techniky.
Liu, Y. et al. Mikroštruktúrny vývoj a mechanické vlastnosti in situ TiB2/AlSi10Mg kompozitov pomocou laserového selektívneho tavenia [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. a kol. Rekryštalizačné inžinierstvo hraníc zŕn laserového selektívneho tavenia nehrdzavejúcej ocele 316L [J].Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. In situ vývoj sendvičových mikroštruktúr so zvýšenou ťažnosťou pomocou laserového zahrievania laserom tavených titánových zliatin.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Aditívna výroba dielov Ti-6Al-4V laserovým nanášaním kovov (LMD): proces, mikroštruktúra a mechanické vlastnosti.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Mikroštruktúrne modelovanie laserového kovového prášku usmerneného nanášania energie Alloy 718. Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. a kol. Štúdia parametrického neutrónového Bragg Edge Imaging aditívne vyrobených vzoriek ošetrených laserovým šokovým peeningom.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Gradientová mikroštruktúra a mechanické vlastnosti Ti-6Al-4V aditívne vyrobené tavením elektrónovým lúčom. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).