Nature.com پر جانے کے لیے آپ کا شکریہ۔ آپ جو براؤزر ورژن استعمال کر رہے ہیں اسے CSS کے لیے محدود سپورٹ حاصل ہے۔ بہترین تجربے کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ ایک اپ ڈیٹ شدہ براؤزر استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں مطابقت موڈ کو بند کر دیں)۔ اس دوران، مسلسل سپورٹ کو یقینی بنانے کے لیے، ہم سائٹ کو اسٹائل اور جاوا اسکرپٹ کے بغیر ڈسپلے کریں گے۔
مینوفیکچرنگ کے عمل میں مصنوعات کے مائیکرو اسٹرکچر کو کنٹرول کرنے کے لیے سلیکٹیو لیزر پگھلانے پر مبنی ایک نیا طریقہ کار تجویز کیا گیا ہے۔ یہ طریقہ کار پیچیدہ شدت سے ماڈیولڈ لیزر شعاع ریزی کے ذریعے پگھلے ہوئے تالاب میں ہائی شدت والی الٹراسونک لہروں کی تخلیق پر انحصار کرتا ہے۔ جدید سلیکٹیو لیزر پگھلنے والی مشینیں۔
پیچیدہ شکل والے پرزوں کی اضافی تیاری (AM) حالیہ دہائیوں میں نمایاں طور پر بڑھی ہے۔ تاہم، مختلف قسم کے اضافی مینوفیکچرنگ کے عمل کے باوجود، بشمول سلیکٹیو لیزر پگھلاؤ (SLM)1,2,3، براہ راست لیزر میٹل ڈیپوزیشن 4,5,6، الیکٹران بیم پگھلنا 7,8 اور دیگر 9,10، یہ خاص طور پر ٹھوس خصوصیات کی وجہ سے جزوی طور پر ناقص ہو سکتا ہے۔ اعلی تھرمل گریڈیئنٹس، اعلی کولنگ ریٹ، اور پگھلنے اور پگھلنے والے مواد میں حرارتی چکروں کی پیچیدگی کے ساتھ منسلک کرنے کا عمل، جو epitaxial اناج کی نشوونما اور اہم porosity 12,13 کا باعث بنتا ہے۔نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ، یہ ضروری ہے کہ تھرمل گریڈینٹ، ٹھنڈک کی شرح، اور مرکب مرکب کو کنٹرول کیا جائے، یا مختلف خصوصیات کے بیرونی شعبوں (مثلاً الٹراساؤنڈ) کے ذریعے اضافی جسمانی جھٹکے لگانا ضروری ہے تاکہ اناج کے عمدہ ڈھانچے کو حاصل کیا جا سکے۔
متعدد اشاعتیں روایتی معدنیات سے متعلق عمل 14,15 میں ٹھوس بنانے کے عمل پر کمپن ٹریٹمنٹ کے اثر سے متعلق ہیں۔ تاہم، بلک پگھلنے پر ایک بیرونی فیلڈ لگانے سے مطلوبہ مادّی مائیکرو سٹرکچر پیدا نہیں ہوتا ہے۔ اگر مائع مرحلے کا حجم چھوٹا ہے، تو صورتحال ڈرامائی طور پر بدل جاتی ہے۔ اس صورت میں، بیرونی فیلڈ کو ٹھوس فیلڈ کے عمل کے دوران نمایاں طور پر اثر انداز کیا گیا ہے۔ 16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, arc stirring28 and oscillation29, pulsed plasma arcs30,31 and other methods32 .ایک بیرونی ہائی انٹینسٹی الٹراساؤنڈ الٹرا ساؤنڈ کے استعمال سے سبسٹریٹ سے منسلک کریں۔ درجہ حرارت کے گراڈینٹ میں کمی اور الٹراساؤنڈ بڑھانے کی وجہ سے بڑھے ہوئے کمپوزیشنل سب کولنگ زون سے منسوب ہے تاکہ cavitation کے ذریعے نئے کرسٹلائٹس پیدا کر سکیں۔
اس کام میں، ہم نے پگھلنے والے لیزر کی طرف سے پیدا ہونے والی آواز کی لہروں کے ساتھ پگھلے ہوئے پول کو سونیکیٹ کر کے austenitic سٹینلیس سٹیل کے اناج کے ڈھانچے کو تبدیل کرنے کے امکان کی چھان بین کی۔ diation کو موجودہ SLM 3D پرنٹرز میں آسانی سے ضم کیا جا سکتا ہے۔ اس کام میں تجربات سٹینلیس سٹیل کی پلیٹوں پر کیے گئے جن کی سطحیں شدت سے ماڈیولڈ لیزر تابکاری سے متاثر تھیں۔ اس لیے، تکنیکی طور پر، لیزر سطح کا علاج کیا جاتا ہے۔ تاہم، اگر اس طرح کا لیزر ٹریٹمنٹ ہر پرت کی سطح پر کیا جاتا ہے، تو پرت کے حجم یا حجم کے دوسرے حصوں پر اثرات مرتب ہوتے ہیں۔ حصہ پرت کے لحاظ سے بنایا گیا ہے، ہر پرت کا لیزر سطح کا علاج "لیزر والیوم ٹریٹمنٹ" کے برابر ہے۔
جبکہ الٹراسونک ہارن پر مبنی الٹراسونک تھراپی میں، کھڑے آواز کی لہر کی الٹراسونک توانائی پورے اجزاء میں تقسیم کی جاتی ہے، جبکہ لیزر سے حوصلہ افزائی الٹراسونک شدت اس مقام کے قریب بہت زیادہ مرتکز ہوتی ہے جہاں لیزر تابکاری جذب ہوتی ہے۔ ایک سونوٹروڈ میں استعمال کرنے سے SLM کے اوپری حصے میں پاؤڈر کی سطح کو استعمال کیا جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، حصے کی اوپری سطح پر کوئی مکینیکل دباؤ نہیں ہے۔ اس لیے، صوتی دباؤ صفر کے قریب ہے اور ذرہ کی رفتار اس حصے کی پوری اوپری سطح پر زیادہ سے زیادہ طول و عرض رکھتی ہے۔ پورے پگھلے ہوئے تالاب کے اندر صوتی دباؤ زیادہ سے زیادہ 0.1 فیصد سے زیادہ نہیں ہو سکتا کیونکہ ایک ویلٹرا لہر کے ذریعے پیدا ہونے والے ویلتھ ویو کی فریکوئنسی کے 0.1 فیصد سے زیادہ دباؤ ہوتا ہے۔ سٹینلیس سٹیل میں Hz ہے \(\sim 0.3~\text {m}\)، اور گہرائی عام طور پر \(\sim 0.3~\text {mm}\) سے کم ہوتی ہے۔ اس لیے، کاویٹیشن پر الٹراساؤنڈ کا اثر چھوٹا ہو سکتا ہے۔
واضح رہے کہ لیزر میٹل ڈپوزیشن میں شدت سے ماڈیولڈ لیزر ریڈی ایشن کا استعمال 35,36,37,38 تحقیق کا ایک فعال علاقہ ہے۔
میڈیم پر لیزر تابکاری کے واقعے کا تھرمل اثر مواد کی پروسیسنگ کے لیے تقریباً تمام لیزر تکنیکوں 39، 40 کی بنیاد ہے، جیسے کٹنگ41، ویلڈنگ، ہارڈننگ، ڈرلنگ42، سطح کی صفائی، سطح کی ملاوٹ، سطح پالش 43، وغیرہ۔ گراف 44,45,46۔
واضح رہے کہ میڈیم پر کوئی بھی نان سٹیشنری عمل جس میں جذب کرنے والے میڈیم پر لیزنگ ایکشن بھی شامل ہے، اس میں کم یا زیادہ کارکردگی کے ساتھ صوتی لہروں کا جوش پیدا کرتا ہے۔ ابتدائی طور پر، بنیادی توجہ مائعات میں لہروں کی لیزر اتیجیت اور مختلف تھرمل اکسیٹیشن میکانزم پر مرکوز تھی، آواز کے حجم میں تبدیلی، تھرمل ایوا 7، کنٹریکٹ کے حجم میں تبدیلی وغیرہ۔ , 48, 49. متعدد مونوگراف 50, 51, 52 اس عمل اور اس کے ممکنہ عملی اطلاق کے نظریاتی تجزیے فراہم کرتے ہیں۔
اس کے بعد ان امور پر مختلف کانفرنسوں پر تبادلہ خیال کیا گیا ، اور الٹراساؤنڈ کے لیزر جوش و خروش میں لیزر ٹکنالوجی 53 اور میڈیسن 544 کے صنعتی ایپلی کیشنز دونوں میں ایپلی کیشنز موجود ہیں۔ لہذا ، اس پر غور کیا جاسکتا ہے کہ اس عمل کا بنیادی تصور جس کے ذریعہ ایک جذب کرنے والے میڈیم پر پلس لیزر لائٹ کام کرتا ہے۔
مواد پر لیزر سے پیدا ہونے والی جھٹکا لہروں کا اثر لیزر شاک peening57,58,59 کی بنیاد ہے، جو کہ اضافی طور پر تیار کردہ پرزوں کی سطح کے علاج کے لیے بھی استعمال ہوتا ہے۔ تاہم، لیزر شاک کو مضبوط بنانا نینو سیکنڈ لیزر دالوں اور میکانکی طور پر بھری ہوئی سطحوں پر سب سے زیادہ مؤثر ہے (مثال کے طور پر، مکینیکل دباؤ کی ایک تہہ کے ساتھ) کیونکہ مکینیکل پریشر 59 بڑھتا ہے۔
ٹھوس مواد کے مائیکرو اسٹرکچر پر مختلف طبعی شعبوں کے ممکنہ اثرات کی چھان بین کے لیے تجربات کیے گئے۔ تجرباتی سیٹ اپ کا فنکشنل ڈایاگرام تصویر 1 میں دکھایا گیا ہے۔ A pulsed Nd: YAG سالڈ اسٹیٹ لیزر جو فری رننگ موڈ میں کام کرتا ہے (پلس کا دورانیہ \(\tau _L \sim 150) la spulse e کے ذریعے استعمال کیا گیا تھا۔ یوٹرل ڈینسٹی فلٹرز اور بیم اسپلٹر پلیٹ سسٹم۔ نیوٹرل ڈینسٹی فلٹرز کے امتزاج پر منحصر ہے، ٹارگٹ پر پلس انرجی \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) سے \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) کی عکاسی کرنے کے لیے تصویر کی عکاسی کرنے کے لیے اس میں فرق ہوتا ہے۔ ous ڈیٹا کا حصول، اور دو کیلوری میٹرز (فوٹوڈیوڈس کا استعمال کیا جاتا ہے جس میں لمبا جوابی وقت \(1~\text {ms}\) سے زیادہ ہوتا ہے) واقعے کا تعین کرنے اور ہدف سے منعکس ہونے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اور دو پاور میٹرز (مختصر ردعمل کے اوقات کے ساتھ فوٹوڈیوڈس\(<10~\text {ns}\)) واقعے کا تعین کرنے کے لیے اور عکاسی شدہ آپٹیکل یونٹ کو کیلریبل پاور اور کیلری میٹر کا استعمال کرتے ہوئے پاور میٹر کا استعمال کیا جاتا ہے۔ تھرموپائل ڈیٹیکٹر Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 اور نمونے کے مقام پر نصب ایک ڈائی الیکٹرک آئینہ۔ لینس کا استعمال کرتے ہوئے بیم کو ہدف پر فوکس کریں (Antireflection coating at \(1.06 \upmu \text {m}\)، فوکل کی لمبائی \(160~\text {m}\0) اور ٹارگٹ کی سطح پر \(160~\text {mm}\0) متن {m}\)۔
تجرباتی سیٹ اپ کا فنکشنل اسکیمیٹک ڈایاگرام: 1—لیزر؛2-لیزر بیم؛3-غیر جانبدار کثافت فلٹر؛4- مطابقت پذیر فوٹوڈیوڈ؛5-بیم سپلٹر؛6-ڈایافرام؛7- واقعہ بیم کا کیلوری میٹر؛8 - منعکس بیم کا کیلوری میٹر؛9 - واقعہ بیم پاور میٹر؛10 - منعکس بیم پاور میٹر؛11 - فوکسنگ لینس؛12 - آئینہ؛13 - نمونہ؛14 - براڈ بینڈ پیزو الیکٹرک ٹرانسڈیوسر؛15 - 2D کنورٹر؛16 - پوزیشننگ مائکروکنٹرولر؛17 - ہم آہنگی یونٹ؛18 - مختلف نمونے لینے کی شرحوں کے ساتھ ملٹی چینل ڈیجیٹل ایکوزیشن سسٹم؛19 - پرسنل کمپیوٹر۔
الٹراسونک علاج اس طرح کیا جاتا ہے۔ لیزر فری رننگ موڈ میں کام کرتا ہے۔اس لیے لیزر پلس کا دورانیہ \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) ہے، جو تقریباً \(1.5~\upmu \text {s } \) ہر ایک کے متعدد دورانیے پر مشتمل ہوتا ہے۔ لیزر پلس کی وقتی شکل اور اس کا سپیکٹرم ایک کم تعدد اور اوسط کے ساتھ ایک اعلی تعدد پر مشتمل ہوتا ہے۔ 0.7~\text {MHz}\)، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ فریکوئنسی لفافہ مواد کو گرم کرنے اور اس کے نتیجے میں پگھلنے اور بخارات فراہم کرتا ہے، جب کہ ہائی فریکوئنسی جزو فوٹو اکوسٹک اثر کی وجہ سے الٹراسونک وائبریشن فراہم کرتا ہے۔ الٹراسونک پلس کی ویوفارم لا ٹینسر کے ذریعے پیدا ہونے والے وقت کی شکل میں لیٹینس کی شکل کے ذریعے طے کی جاتی ہے۔یہ \(7~\text {kHz}\) سے \(2~\text {MHz}\) تک ہے، اور سینٹر فریکوئنسی \(~ 0.7~\text {MHz}\) ہے۔ فوٹو اکوسٹک اثر کی وجہ سے صوتی دالیں پولی وینیلائیڈین سے بنے ہوئے براڈ بینڈ پیزو الیکٹرک ٹرانسڈیوسرز کا استعمال کرتے ہوئے ریکارڈ کی گئی تھیں اور اس کی لہروں والی فلموں کو F2 اسپیکٹڈ فلموں میں نہیں دکھایا جانا چاہیے۔ کہ لیزر دالوں کی شکل فری رننگ موڈ لیزر کی طرح ہے۔
نمونے کی پچھلی سطح پر لیزر پلس کی شدت (a) اور آواز کی رفتار کی عارضی تقسیم، لیزر پلس (c) کا سپیکٹرا اور الٹراسونک پلس (d) ایک لیزر پلس (نیلے وکر) کے لیے اوسطاً 300 لیزر دالیں (سرخ وکر) ہے۔
ہم صوتی علاج کے کم تعدد اور اعلی تعدد والے اجزاء کو بالترتیب لیزر پلس کے کم فریکوئنسی لفافے اور ہائی فریکوئنسی ماڈیولیشن سے مماثل فرق کر سکتے ہیں۔ لیزر پلس سے پیدا ہونے والی صوتی لہروں کی طول موج۔لہذا، مائکرو اسٹرکچر پر صوتی سگنل کے براڈ بینڈ ہائی فریکوئنسی اجزاء کا بنیادی اثر متوقع ہے۔
ایس ایل ایم میں جسمانی عمل پیچیدہ ہیں اور مختلف مقامی اور وقتی پیمانے پر بیک وقت ہوتے ہیں۔ اس لیے ایس ایل ایم کے نظریاتی تجزیے کے لیے کثیر پیمانے کے طریقے سب سے زیادہ موزوں ہیں۔ ریاضی کے ماڈلز کو ابتدائی طور پر کثیر طبعی ہونا چاہیے۔ ایک ملٹی فیز کے میکانکس اور تھرمو فزکس کو موثر انداز میں بیان کیا جا سکتا ہے۔ ایس ایل ایم میں مادی تھرمل بوجھ کی خصوصیات درج ذیل ہیں۔
حرارتی اور ٹھنڈک کی شرحیں \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ \(10^{13}~\text {W} cm}^2\) تک پاور کثافت کے ساتھ مقامی لیزر شعاع ریزی کی وجہ سے۔
پگھلنے کا سالیڈیفکیشن سائیکل 1 اور \(10~\text {ms}\) کے درمیان رہتا ہے، جو ٹھنڈک کے دوران پگھلنے والے زون کی تیزی سے مضبوطی میں حصہ ڈالتا ہے۔
نمونے کی سطح کو تیزی سے گرم کرنے کے نتیجے میں سطح کی تہہ میں اعلی تھرموئلاسٹک تناؤ پیدا ہوتا ہے۔ پاؤڈر کی تہہ کا کافی (20% تک) حصہ مضبوطی سے بخارات بن جاتا ہے، جس کے نتیجے میں لیزر کے خاتمے کے جواب میں سطح پر اضافی دباؤ کا بوجھ بنتا ہے۔ نتیجتاً، حوصلہ افزائی شدہ تناؤ نمایاں طور پر زیادہ حرارتی عناصر کو مسخ کرتا ہے، خاص طور پر قریبی حصے میں حرارت کی شرح کو خراب کرتا ہے۔ پلسڈ لیزر اینیلنگ کے نتیجے میں الٹراسونک تناؤ کی لہریں پیدا ہوتی ہیں جو سطح سے سبسٹریٹ تک پھیلتی ہیں۔ مقامی تناؤ اور تناؤ کی تقسیم کے بارے میں درست مقداری اعداد و شمار حاصل کرنے کے لیے، حرارت اور بڑے پیمانے پر منتقلی سے مربوط لچکدار اخترتی کے مسئلے کا ایک میسوسکوپک تخروپن انجام دیا جاتا ہے۔
ماڈل کی گورننگ مساوات میں شامل ہیں (1) غیر مستحکم حرارت کی منتقلی مساوات جہاں تھرمل چالکتا مرحلے کی حالت (پاؤڈر، پگھل، پولی کرسٹل لائن) اور درجہ حرارت پر منحصر ہے، (2) مسلسل خاتمے اور تھرموئلاسٹک توسیع مساوات کے بعد لچکدار اخترتی میں اتار چڑھاؤ۔ ive کولنگ میں conductive ہیٹ ایکسچینج اور evaporative flux شامل ہیں۔ بڑے پیمانے پر بہاؤ کی تعریف بخارات کے مواد کے سیر شدہ بخارات کے دباؤ کے حساب کی بنیاد پر کی جاتی ہے۔ elastoplastic اسٹریس تناؤ کا رشتہ استعمال کیا جاتا ہے جہاں thermoelastic stress درجہ حرارت کے فرق کے متناسب ہوتا ہے۔ cient 100 اور \(200~\upmu \text {m}\ ) مؤثر بیم قطر کا۔
شکل 3 ایک میکروسکوپک ریاضیاتی ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے پگھلے ہوئے زون کے عددی تخروپن کے نتائج دکھاتا ہے۔ فیوژن زون کا قطر \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) رداس ہے) اور \(40~\upmu \text { m}\) ہے جو کہ سطح کے درجہ حرارت کے ساتھ مقامی وقت کے مطابق درجہ حرارت دکھاتا ہے۔ \(100~\text {K}\) نبض کی ماڈیولیشن کے اعلی وقفے وقفے کے عنصر کی وجہ سے۔ حرارتی \(V_h\) اور کولنگ \(V_c\) کی شرحیں بالترتیب \(10^7\) اور \(10^6~\text {K}/\text {s}\) کے آرڈر پر ہیں۔ (V_h\) اور \(V_c\) کے نتیجے میں سطح کی تہہ تیزی سے زیادہ گرم ہوتی ہے، جہاں سبسٹریٹ میں تھرمل ترسیل گرمی کو دور کرنے کے لیے ناکافی ہے۔ اس لیے، \(t=26~\upmu \text {s}\) پر سطح کا درجہ حرارت \(4800~\text {K}\) تک پہنچ جاتا ہے۔
316L نمونہ پلیٹ پر سنگل لیزر پلس اینیلنگ کے پگھلنے والے زون کے عددی تخروپن کے نتائج۔ نبض کے آغاز سے پگھلے ہوئے تالاب کی گہرائی تک زیادہ سے زیادہ قدر تک پہنچنے کا وقت \(180~\upmu\text {s}\) ہے۔ isotherm\(T = T_L = 1723) اور متن کے درمیان ٹھوس مرحلے کی نمائندگی کرتے ہیں۔ اوبارز (پیلی لکیریں) اگلے حصے میں درجہ حرارت کے فنکشن کے طور پر شمار کیے گئے پیداواری تناؤ سے مطابقت رکھتی ہیں۔ اس لیے، دو آئسولائنز (isotherms\(T=T_L\) اور isobars\(\sigma =\sigma _V(T)\)) کے درمیان ڈومین میں، ٹھوس مرحلہ مائیکروچان میں مضبوط تبدیلیوں کا نشانہ بنتا ہے۔
اس اثر کی مزید وضاحت شکل 4a میں کی گئی ہے، جہاں پگھلے ہوئے زون میں دباؤ کی سطح کو وقت اور سطح سے فاصلے کے کام کے طور پر پلاٹ کیا گیا ہے۔ سب سے پہلے، دباؤ کا رویہ اوپر کی شکل 2 میں بیان کردہ لیزر نبض کی شدت کی ماڈیولیشن سے متعلق ہے۔ زیادہ سے زیادہ دباؤ \text{s}\) کا تقریباً \(10~\text {MPa}\t) مشاہدہ کیا گیا تھا۔ کنٹرول پوائنٹ پر مقامی دباؤ کی تعدد میں وہی دولن خصوصیات ہیں جو \(500~\text {kHz}\) کی فریکوئنسی ہوتی ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ الٹراسونک دباؤ کی لہریں سطح پر پیدا ہوتی ہیں اور پھر سبسٹریٹ میں پھیلتی ہیں۔
پگھلنے والے زون کے قریب اخترتی زون کی حسابی خصوصیات تصویر 4b میں دکھائی گئی ہیں۔ لیزر ایبلیشن اور تھرموئلاسٹک تناؤ لچکدار اخترتی لہریں پیدا کرتے ہیں جو سبسٹریٹ میں پھیلتی ہیں۔ جیسا کہ اعداد و شمار سے دیکھا جا سکتا ہے، تناؤ پیدا کرنے کے دو مراحل ہیں۔ MPa}\) سطح کے دباؤ کی طرح کی ایک ماڈیولیشن کے ساتھ۔ یہ تناؤ لیزر کے خاتمے کی وجہ سے ہوتا ہے، اور کنٹرول پوائنٹس میں کوئی تھرموئلاسٹک تناؤ نہیں دیکھا گیا کیونکہ ابتدائی گرمی سے متاثرہ زون بہت چھوٹا تھا۔ جب حرارت کو سبسٹریٹ میں پھیلایا جاتا ہے، تو کنٹرول پوائنٹ اوپر سے زیادہ تھرموئلاسٹک تناؤ پیدا کرتا ہے \(40~\text {MPa})۔
حاصل شدہ ماڈیولڈ سٹریس لیولز کا ٹھوس مائع انٹرفیس پر خاصا اثر پڑتا ہے اور یہ مضبوطی کے راستے کو کنٹرول کرنے والا کنٹرول میکانزم ہو سکتا ہے۔ ڈیفارمیشن زون کا سائز پگھلنے والے زون سے 2 سے 3 گنا بڑا ہے۔ جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے، پگھلنے والے آئسوتھرم کا مقام اور اس کا مطلب یہ ہے کہ اسٹریس لیول کا موازنہ کیا جاتا ہے جو اسٹریس لیول فراہم کرتا ہے۔ فوری وقت کے لحاظ سے 300 اور \(800~\upmu \text {m}\) کے درمیان مؤثر قطر کے ساتھ مقامی علاقوں میں اعلی مکینیکل بوجھ۔
لہذا، پلسڈ لیزر اینیلنگ کی پیچیدہ ماڈیولیشن الٹراسونک اثر کا باعث بنتی ہے۔ الٹراسونک لوڈنگ کے بغیر ایس ایل ایم کے مقابلے میں مائیکرو اسٹرکچر کے انتخاب کا راستہ مختلف ہوتا ہے۔ غیر مستحکم خطے ٹھوس مرحلے میں کمپریشن اور اسٹریچنگ کے متواتر چکروں کا باعث بنتے ہیں۔ ساختی خصوصیات کو جان بوجھ کر تبدیل کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ حاصل کردہ نتائج پلس ماڈیولیشن سے متاثر الٹراساؤنڈ سے چلنے والے SLM پروٹوٹائپ کو ڈیزائن کرنے کا امکان فراہم کرتے ہیں۔ اس صورت میں، کہیں اور استعمال ہونے والے پیزو الیکٹرک انڈکٹر 26 کو خارج کیا جا سکتا ہے۔
(a) وقت کے فعل کے طور پر دباؤ، سطح 0، 20 اور \(40~\upmu \text {m}\) سے مختلف فاصلوں پر سمیٹری کے محور کے ساتھ حساب کیا جاتا ہے۔
تجربات AISI 321H سٹین لیس سٹیل پلیٹوں پر کیے گئے جن کے طول و عرض \(20\times 20\times 5~\text {mm}\)۔ ہر لیزر پلس کے بعد، پلیٹ حرکت کرتی ہے \(50~\upmu \text {m}\)، اور لیزر بیم کی کمر ہدف کی سطح پر \\\mu5 کے برابر ہے \~\m5 کے برابر۔ اناج کی تطہیر کے لیے پراسیس شدہ مواد کی ریمیلٹنگ کو دلانے کے لیے ایک ہی ٹریک کے ساتھ پاسز کیے جاتے ہیں۔ تمام صورتوں میں، لیزر ریڈی ایشن کے دوغلی جزو کے لحاظ سے، ریملیٹڈ زون کو سونیکیٹ کیا گیا تھا۔ اس کے نتیجے میں اناج کے اوسط رقبے میں 5 گنا سے زیادہ کمی واقع ہوتی ہے۔ شکل 5 دکھاتا ہے کہ کس طرح مائیکرو سٹرکچر کے ریمیلیٹڈ ریجنز کی تعداد میں تبدیلی آتی ہے۔ ses)۔
سب پلاٹس (a,d,g,j) اور (b,e,h,k) – لیزر پگھلے ہوئے علاقوں کا مائیکرو سٹرکچر، سب پلاٹس (c,f,i,l) – رنگین دانوں کی رقبہ کی تقسیم۔شیڈنگ ان ذرات کی نمائندگی کرتی ہے جو ہسٹوگرام کی گنتی کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ رنگ اناج کے خطوں سے مطابقت رکھتے ہیں (ہسٹوگرام کے اوپری حصے میں رنگین بار دیکھیں۔ سب پلاٹس (ac) غیر علاج شدہ سٹینلیس سٹیل سے مطابقت رکھتے ہیں، اور ذیلی پلاٹ (df)، (gi)، (jl) 1، 3 اور 5 سے مساوی ہیں۔
چونکہ لیزر نبض کی توانائی بعد کے گزرنے کے درمیان تبدیل نہیں ہوتی ہے، اس لیے پگھلے ہوئے زون کی گہرائی یکساں ہے۔ اس طرح، اس کے بعد آنے والا چینل پچھلے والے کو مکمل طور پر "ڈھک" لیتا ہے۔ تاہم، ہسٹوگرام سے پتہ چلتا ہے کہ گزرنے کی بڑھتی ہوئی تعداد کے ساتھ اوسط اور درمیانی اناج کا رقبہ کم ہو جاتا ہے۔
پگھلے ہوئے پول 65 کے تیزی سے ٹھنڈا ہونے کی وجہ سے اناج کی تطہیر ہو سکتی ہے۔ تجربات کا ایک اور مجموعہ کیا گیا جس میں سٹینلیس سٹیل پلیٹوں کی سطحیں (321H اور 316L) فضا میں مسلسل لہراتی لیزر شعاعوں (تصویر 6) اور ویکیوم (تصویر 7) کے سامنے آئیں۔ Nd:YAG لیزر کے تجرباتی نتائج کے قریب فری رننگ موڈ میں۔ تاہم، ایک عام کالم کی ساخت دیکھی گئی۔
مسلسل لہر لیزر کے لیزر سے پگھلنے والے خطے کا مائکرو اسٹرکچر (300 W مستقل طاقت، 200 mm/s اسکین اسپیڈ، AISI 321H سٹینلیس سٹیل)۔
(a) مائیکرو اسٹرکچر اور (b) مسلسل ویو لیزر کے ساتھ ویکیوم میں لیزر سے پگھلے ہوئے خطے کی الیکٹران بیک سکیٹر ڈفریکشن امیجز (100 W مستقل طاقت، 200 mm/s اسکین اسپیڈ، AISI 316L سٹینلیس سٹیل)\ (\sim 2~\text {mbar}\)۔
لہذا، یہ واضح طور پر دکھایا گیا ہے کہ لیزر پلس کی شدت کی پیچیدہ ماڈیولیشن نتیجے میں پیدا ہونے والے مائیکرو اسٹرکچر پر نمایاں اثر ڈالتی ہے۔ ہمارا ماننا ہے کہ یہ اثر میکانکی نوعیت کا ہے اور نمونے میں گہرائی میں پگھلنے والی شعاعی سطح سے پھیلنے والی الٹراسونک وائبریشنز کی وجہ سے ہوتا ہے۔ اسی طرح کے نتائج 13، 13، 66، 13، 66، 13، 13 میں حاصل کیے گئے تھے۔ ducers اور sonotrodes مختلف مواد میں اعلی شدت کا الٹراساؤنڈ فراہم کرتے ہیں جن میں Ti-6Al-4V الائے 26 اور سٹینلیس سٹیل 34 کا نتیجہ ہے۔ ممکنہ میکانزم کا اندازہ اس طرح لگایا جاتا ہے۔ شدید الٹراساؤنڈ صوتی کیویٹیشن کا سبب بن سکتا ہے، جیسا کہ الٹرا فاسٹ میں ظاہر ہوتا ہے کہ X-6Al-4V الائے 26 اور سٹینلیس سٹیل۔ پگھلے ہوئے مادے میں جھٹکے کی لہریں، جن کا سامنے کا دباؤ تقریباً \(100~\text {MPa}\)69 تک پہنچ جاتا ہے۔ اس طرح کی صدمے کی لہریں بلک مائعات میں اہم سائز کے ٹھوس مرحلے کے مرکزے کی تشکیل کو فروغ دینے کے لیے کافی مضبوط ہو سکتی ہیں، جس سے تہہ در تہہ ایڈیٹیو مینوفیکٹور مینوفیکٹور کی مخصوص کالمی اناج کی ساخت میں خلل پڑتا ہے۔
یہاں، ہم ایک اور طریقہ کار تجویز کرتے ہیں جو شدید سونیکیشن کے ذریعے ساختی تبدیلی کے لیے ذمہ دار ہے۔ ٹھوس ہونے کے فوراً بعد، مواد پگھلنے کے مقام کے قریب اعلی درجہ حرارت پر ہوتا ہے اور اس کی پیداوار کا دباؤ انتہائی کم ہوتا ہے۔ شدید الٹراسونک لہریں پلاسٹک کے بہاؤ کو گرم، صرف ٹھوس مواد کی ساخت کو تبدیل کرنے کا سبب بن سکتی ہیں۔ sim 1150~\text {K}\) (تصویر 8 دیکھیں)۔ اس لیے، اس مفروضے کو جانچنے کے لیے، ہم نے AISI 316 L اسٹیل کی طرح Fe-Cr-Ni کمپوزیشن کے مالیکیولر ڈائنامکس (MD) سمولیشنز کیے ہیں تاکہ ہم نے استعمال ہونے والی پگھلنے والی تکنیک کے قریب پیداواری تناؤ کے رویے کا اندازہ لگایا۔ 70, 71, 72, 73 میں ed۔ انٹرااٹامک تعامل کے حساب کتاب کے لیے، ہم نے 74 سے ایمبیڈڈ اٹامک ماڈل (EAM) کا استعمال کیا۔ MD سمیولیشنز LAMMPS کوڈز 75,76 کا استعمال کرتے ہوئے انجام دی گئیں۔ MD سمولیشنز کی تفصیلات کہیں اور شائع کی جائیں گی۔ FMD درجہ حرارت کے اعداد و شمار کے ساتھ دستیاب درجہ حرارت کے حساب کتاب کے نتائج کے ساتھ دکھایا گیا ہے۔ تجرباتی ڈیٹا اور دیگر تشخیصات77,78,79,80,81,82۔
AISI گریڈ 316 Austenitic سٹینلیس سٹیل اور ماڈل کی تشکیل کے مقابلے میں MD نقالیوں کے لئے درجہ حرارت کے لئے تناؤ کا تناؤ۔ اس مطالعے میں کالے ایم ڈی نقالیوں کو عیب سے پاک لامحدود واحد کرسٹل اور \ (\ ورٹریگلرائٹ \) کے لئے \ (\ ورٹرینگلیلیفٹ \) کے طور پر بیان کیا گیا ہے جس میں ہال پیچ رشتہ کے طول و عرض \ (d = 50 \ up \ upmu \ text {m}) کے ذریعہ اوسط اناج کے سائز کو مدنظر رکھتے ہوئے محدود اناج کے لئے۔
یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ \(T>1500~\text {K}\) پر پیداوار کا تناؤ \(40~\text {MPa}\) سے نیچے گر جاتا ہے۔ دوسری طرف، تخمینے یہ پیش گوئی کرتے ہیں کہ لیزر سے تیار کردہ الٹراسونک طول و عرض \(40~\text {MPa}\) سے زیادہ ہے (دیکھیں ٹھوس مواد کے لیے پلاسٹک کا بہاؤ جس کی تصویر 4 میں صرف ٹھوس فلو ہے۔
SLM کے دوران 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل کی مائکرو اسٹرکچر کی تشکیل کی تجرباتی طور پر پیچیدہ شدت سے ماڈیولڈ پلسڈ لیزر سورس کا استعمال کرتے ہوئے جانچ کی گئی۔
لیزر پگھلنے والے زون میں اناج کے سائز میں کمی 1، 3 یا 5 گزرنے کے بعد مسلسل لیزر ریمیلٹنگ کی وجہ سے پائی گئی۔
میکروسکوپک ماڈلنگ سے پتہ چلتا ہے کہ اس علاقے کا تخمینہ سائز جہاں الٹراسونک اخترتی مثبت طور پر مضبوطی کے سامنے کو متاثر کر سکتی ہے \(1~\text {mm}\) تک ہے۔
مائکروسکوپک MD ماڈل سے پتہ چلتا ہے کہ AISI 316 austenitic سٹینلیس سٹیل کی پیداواری طاقت نمایاں طور پر پگھلنے کے نقطہ کے قریب \(40~\text {MPa}\) تک کم ہو گئی ہے۔
حاصل کردہ نتائج پیچیدہ ماڈیولڈ لیزر پروسیسنگ کا استعمال کرتے ہوئے مواد کے مائیکرو اسٹرکچر کو کنٹرول کرنے کا ایک طریقہ تجویز کرتے ہیں اور یہ پلسڈ ایس ایل ایم تکنیک کی نئی تبدیلیاں بنانے کی بنیاد کے طور پر کام کر سکتا ہے۔
Liu, Y. et al.Microstructural Evolution اور In Situ TiB2/AlSi10Mg کمپوزائٹس کی مکینیکل خصوصیات بذریعہ لیزر سلیکٹیو میلٹنگ [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021)۔
Gao, S. et al. 316L سٹینلیس سٹیل [J] کی لیزر سلیکٹیو میلٹنگ کی ریکریسٹالائزیشن گرین باؤنڈری انجینئرنگ۔Alma Mater کا جریدہ 200، 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020)۔
Chen, X. & Qiu, C. لیزر سے پگھلے ہوئے ٹائٹینیم مرکبات کی لیزر ری ہیٹنگ کے ذریعے بہتر لچک کے ساتھ سینڈوچ مائیکرو اسٹرکچرز کی ترقی میں۔10، 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020)۔
Azarniya, A. et al. Ti-6Al-4V حصوں کی اضافی مینوفیکچرنگ بذریعہ لیزر میٹل ڈیپوزیشن (LMD): عمل، مائیکرو اسٹرکچر اور مکینیکل خصوصیات۔Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019)۔
کمارا، C. et al.Microstructural ماڈلنگ کی لیزر میٹل پاؤڈر ڈائریکٹڈ انرجی ڈپازیشن آف الائے 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 امیجنگ سٹڈی کے اضافی طور پر تیار کردہ نمونوں کا جن کا علاج لیزر شاک Peening.science.Rep.11، 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021)۔
Tan, X. et al.Ti-6Al-4V کے گریڈینٹ مائیکرو اسٹرکچر اور مکینیکل خواص الیکٹران بیم پگھلنے کے ذریعے اضافی طور پر تیار کیے گئے ہیں۔ Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015)۔