Dankie dat u Nature.com besoek het. Die blaaierweergawe wat u gebruik, het beperkte ondersteuning vir CSS. Vir die beste ervaring beveel ons aan dat u 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer afskakel). Intussen, om voortgesette ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder stilering en JavaScript vertoon.
'n Nuwe meganisme gebaseer op selektiewe lasersmelting om die mikrostruktuur van produkte in die vervaardigingsproses te beheer, word voorgestel. Die meganisme berus op die opwekking van hoë-intensiteit ultrasoniese golwe in die gesmelte poel deur komplekse intensiteit-gemoduleerde laserbestraling. Eksperimentele studies en numeriese simulasies toon dat hierdie beheermeganisme tegnies uitvoerbaar is en effektief geïntegreer kan word in die ontwerp van moderne selektiewe lasersmeltmasjiene.
Additiewe vervaardiging (AM) van kompleks-vormige onderdele het die afgelope dekades aansienlik gegroei. Ten spyte van die verskeidenheid additiewe vervaardigingsprosesse, insluitend selektiewe lasersmelting (SLM)1,2,3, direkte lasermetaalafsetting4,5,6, elektronstraalsmelting7,8 en ander9,10, kan die onderdele egter defektief wees. Dit is hoofsaaklik te wyte aan die spesifieke eienskappe van die smeltpoelstollingsproses wat verband hou met hoë termiese gradiënte, hoë verkoelingstempo's en die kompleksiteit van verhittingsiklusse in smelt- en hersmeltmateriale11, wat lei tot epitaksiale korrelgroei en beduidende porositeit12,13. Die resultate toon dat dit nodig is om termiese gradiënte, verkoelingstempo's en legeringsamestelling te beheer, of addisionele fisiese skokke deur eksterne velde van verskillende eienskappe (bv. ultraklank) toe te pas om fyn gelykwaardige korrelstrukture te verkry.
Talle publikasies handel oor die effek van vibrasiebehandeling op die stollingsproses in konvensionele gietprosesse14,15. Die toepassing van 'n eksterne veld op grootmaatsmelte produseer egter nie die verlangde materiaalmikrostruktuur nie. As die volume van die vloeibare fase klein is, verander die situasie dramaties. In hierdie geval beïnvloed die eksterne veld die stollingsproses aansienlik. Elektromagnetiese effekte is oorweeg tydens intense akoestiese velde16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, boogroering28 en ossillasie29, gepulseerde plasmaboë30,31 en ander metodes32. Heg aan die substraat aan met behulp van 'n eksterne hoë-intensiteit ultraklankbron (teen 20 kHz). Die ultraklank-geïnduseerde korrelverfyning word toegeskryf aan die verhoogde samestellings-onderkoelingsone as gevolg van die verminderde temperatuurgradiënt en ultraklankverbetering om nuwe kristalliete deur kavitasie te genereer.
In hierdie werk het ons die moontlikheid ondersoek om die korrelstruktuur van austenitiese vlekvrye staal te verander deur die gesmelte poel te sonikeer met klankgolwe wat deur die smeltende laser self gegenereer word. Die intensiteitsmodulasie van die laserstraling wat op die ligabsorberende medium inval, lei tot die opwekking van ultrasoniese golwe, wat die mikrostruktuur van die materiaal verander. Hierdie intensiteitsmodulasie van laserstraling kan maklik in bestaande SLM 3D-drukkers geïntegreer word. Die eksperimente in hierdie werk is uitgevoer op vlekvrye staalplate waarvan die oppervlaktes blootgestel is aan intensiteitsgemoduleerde laserstraling. Tegnies word dus laseroppervlakbehandeling gedoen. As so 'n laserbehandeling egter op die oppervlak van elke laag uitgevoer word, word tydens laag-vir-laag-opbou effekte op die hele volume of op geselekteerde dele van die volume bereik. Met ander woorde, as die onderdeel laag vir laag gebou word, is die laseroppervlakbehandeling van elke laag gelykstaande aan "laservolumebehandeling".
Terwyl ultrasoniese horing-gebaseerde ultrasoniese terapie die ultrasoniese energie van die staande klankgolf deur die komponent versprei word, terwyl die laser-geïnduseerde ultrasoniese intensiteit hoogs gekonsentreerd is naby die punt waar die laserstraling geabsorbeer word. Die gebruik van 'n sonotrode in 'n SLM poeierbed-fusiemasjien is ingewikkeld omdat die boonste oppervlak van die poeierbed wat aan die laserstraling blootgestel word, stilstaande moet bly. Daarbenewens is daar geen meganiese spanning op die boonste oppervlak van die onderdeel nie. Daarom is die akoestiese spanning naby nul en die deeltjiesnelheid het 'n maksimum amplitude oor die hele boonste oppervlak van die onderdeel. Die klankdruk binne die hele gesmelte poel kan nie 0.1% van die maksimum druk wat deur die sweiskop gegenereer word, oorskry nie, omdat die golflengte van ultrasoniese golwe met 'n frekwensie van 20 kHz in vlekvrye staal 0.3~m is, en die diepte is gewoonlik minder as 0.3~mm. Daarom kan die effek van ultraklank op kavitasie klein wees.
Daar moet kennis geneem word dat die gebruik van intensiteitsgemoduleerde laserstraling in direkte lasermetaalafsetting 'n aktiewe navorsingsgebied is35,36,37,38.
Die termiese effek van laserstraling wat op die medium inval, is die basis vir byna alle lasertegnieke 39, 40 vir materiaalverwerking, soos sny41, sweiswerk, verharding, boorwerk42, oppervlakreiniging, oppervlaklegering, oppervlakpolering43, ens. Die uitvinding van die laser het nuwe ontwikkelings in materiaalverwerkingstegnieke gestimuleer, en voorlopige resultate is opgesom in talle oorsigte en monografieë44,45,46.
Daar moet kennis geneem word dat enige nie-stasionêre aksie op die medium, insluitend laseraksie op die absorberende medium, lei tot die opwekking van akoestiese golwe daarin met min of meer doeltreffendheid. Aanvanklik was die hoof fokus op die laseropwekking van golwe in vloeistowwe en die verskillende termiese opwekkingsmeganismes van klank (termiese uitbreiding, verdamping, volumeverandering tydens fase-oorgang, sametrekking, ens.) 47, 48, 49. Talle monografieë 50, 51, 52 verskaf teoretiese ontledings van hierdie proses en die moontlike praktiese toepassings daarvan.
Hierdie kwessies is vervolgens by verskeie konferensies bespreek, en laser-opwekking van ultraklank het toepassings in beide industriële toepassings van lasertegnologie53 en medisyne54. Daarom kan daar beskou word dat die basiese konsep van die proses waardeur gepulseerde laserlig op 'n absorberende medium inwerk, gevestig is. Laser-ultrasoniese inspeksie word gebruik vir defekopsporing van SLM-vervaardigde monsters55,56.
Die effek van lasergegenereerde skokgolwe op materiale is die basis van laserskokbestraling57,58,59, wat ook gebruik word vir die oppervlakbehandeling van additief vervaardigde onderdele60. Laserskokversterking is egter die doeltreffendste op nanosekonde-laserpulse en meganies belaste oppervlaktes (bv. met 'n laag vloeistof)59 omdat meganiese lading piekdruk verhoog.
Eksperimente is uitgevoer om die moontlike effekte van verskeie fisiese velde op die mikrostruktuur van gestolde materiale te ondersoek. Die funksionele diagram van die eksperimentele opstelling word in Figuur 1 getoon. 'n Gepulseerde Nd:YAG-vastetoestandlaser wat in vryloopmodus werk (pulsduur ≤ 150~ s)) is gebruik. Elke laserpuls word deur 'n reeks neutrale digtheidsfilters en 'n straalsplitserplaatstelsel gelei. Afhangende van die kombinasie van neutrale digtheidsfilters, wissel die pulsenergie op die teiken van ≤ 20~ mJ tot ≤ 100~ mJ. Die laserstraal wat van die straalsplitser weerkaats word, word na 'n fotodiode gevoer vir gelyktydige data-insameling, en twee kalorimeters (fotodiodes met 'n lang reaksietyd wat ≤ 1 ms oorskry) word gebruik om die inval op en weerkaatsing van die teiken te bepaal, en twee kragmeters (fotodiodes met kort reaksietyd). keer (<10~\tex {ns}\)) om invallende en gereflekteerde optiese krag te bepaal. Kalorimeters en kragmeters is gekalibreer om waardes in absolute eenhede te gee met behulp van 'n termopieldetektor Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 en 'n diëlektriese spieël wat by die monsterligging gemonteer is. Fokus die straal op die teiken met behulp van 'n lens (Anti-refleksielaag teen (1.06 m), brandpuntsafstand (160 mm) en 'n straalmiddellyn by die teikenoppervlak 60– (100~\tex {m}).
Funksionele skematiese diagram van die eksperimentele opstelling: 1—laser; 2—laserstraal; 3—neutrale digtheidsfilter; 4—gesinchroniseerde fotodiode; 5—straalsplitter; 6—diafragma; 7—kalorimeter van invalstraal; 8—kalorimeter van gereflekteerde straal; 9—invalstraalkragmeter; 10—gereflekteerde straalkragmeter; 11—fokuslens; 12—spieël; 13—monster; 14—breëband piezo-elektriese transducer; 15—2D-omskakelaar; 16—posisioneringsmikrobeheerder; 17—sinchronisasie-eenheid; 18—multikanaal digitale verkrygingstelsel met verskillende monsternemingstempo's; 19—persoonlike rekenaar.
Ultrasoniese behandeling word soos volg uitgevoer. Die laser werk in vrylopende modus; daarom is die duur van die laserpuls ≥ 150 s, wat bestaan ​​uit veelvuldige duur van ongeveer 1.5 s elk. Die temporale vorm van die laserpuls en sy spektrum bestaan ​​uit 'n lae-frekwensie-omhulsel en 'n hoë-frekwensie-modulasie, met 'n gemiddelde frekwensie van ongeveer 0.7 MHz, soos getoon in Figuur 2. Die frekwensie-omhulsel verskaf die verhitting en daaropvolgende smelting en verdamping van die materiaal, terwyl die hoë-frekwensie-komponent die ultrasoniese vibrasies verskaf as gevolg van die fotoakoestiese effek. Die golfvorm van die ultrasoniese puls wat deur die laser gegenereer word, word hoofsaaklik bepaal deur die tydvorm van die laserpulsintensiteit. Dit is van \(7~\tex {kHz}\) tot \(2~\tex {MHz}\), en die middelfrekwensie is \(~ 0.7~\tex {MHz}\). Akoestiese pulse as gevolg van die fotoakoestiese effek is opgeneem met behulp van breëband piezo-elektriese transducers gemaak van polivinilideenfluoriedfilms. Die opgeneemde golfvorm en sy spektrum word in Figuur 2 getoon. Daar moet kennis geneem word dat die vorm van die laserpulse tipies is van 'n vrylopende modus laser.
Temporale verspreiding van laserpulsintensiteit (a) en klankspoed aan die agterkant van die monster (b), spektra van laserpuls (c) en ultrasoniese puls (d) gemiddeld oor 300 laserpulse (rooi kurwe) vir 'n enkele laserpuls (blou kurwe).
Ons kan duidelik die lae-frekwensie en hoë-frekwensie komponente van die akoestiese behandeling onderskei wat ooreenstem met die lae-frekwensie omhulsel van die laserpuls en die hoë-frekwensie modulasie, onderskeidelik. Die golflengtes van die akoestiese golwe wat deur die laserpuls omhulsel gegenereer word, oorskry \(40~\text {cm}\); daarom word die hoofeffek van die breëband hoë-frekwensie komponente van die akoestiese sein op die mikrostruktuur verwag.
Die fisiese prosesse in SLM is kompleks en vind gelyktydig op verskillende ruimtelike en temporale skale plaas. Daarom is multiskaalmetodes die geskikste vir teoretiese analise van SLM. Wiskundige modelle moet aanvanklik multifisies wees. Die meganika en termofisika van 'n multifasemedium "vastestof-vloeistofsmelt" wat met 'n inerte gasatmosfeer in wisselwerking tree, kan dan effektief beskryf word. Die eienskappe van materiaaltermiese ladings in SLM is soos volg.
Verhittings- en verkoelingstempo's tot \(10^6~\tex {K}/\tex {s}\) /\tex{ as gevolg van gelokaliseerde laserbestraling met drywingsdigthede tot \(10^{13}~\tex {W} cm}^2\).
Die smelt-stollingsiklus duur tussen 1 en 10 ms, wat bydra tot die vinnige stolling van die smeltsone tydens afkoeling.
Vinnige verhitting van die monsteroppervlak lei tot die vorming van hoë termo-elastiese spannings in die oppervlaklaag. 'n Voldoende (tot 20%) gedeelte van die poeierlaag word sterk verdamp63, wat lei tot 'n addisionele druklas op die oppervlak in reaksie op laserablasie. Gevolglik verdraai die geïnduseerde spanning die onderdeelgeometrie aansienlik, veral naby stutte en dun strukturele elemente. Die hoë verhittingstempo in gepulseerde lasergloeiing lei tot die opwekking van ultrasoniese spanningsgolwe wat van die oppervlak na die substraat voortplant. Om akkurate kwantitatiewe data oor die plaaslike spanning- en spanningsverspreiding te verkry, word 'n mesoskopiese simulasie van die elastiese vervormingsprobleem gekoppel aan hitte- en massa-oordrag uitgevoer.
Die beheervergelykings van die model sluit in (1) onbestendige hitte-oordragvergelykings waar termiese geleidingsvermoë afhang van fasetoestand (poeier, smelt, polikristallyn) en temperatuur, (2) skommelinge in elastiese vervorming na kontinuumablasie en termo-elastiese uitbreidingsvergelyking. Die randwaardeprobleem word bepaal deur eksperimentele toestande. Die gemoduleerde laservloei word op die monsteroppervlak gedefinieer. Konvektiewe verkoeling sluit geleidende hitte-uitruiling en verdampingsvloei in. Die massavloei word gedefinieer gebaseer op die berekening van die versadigde dampdruk van die verdampende materiaal. Die elastoplastiese spanning-vervormingsverhouding word gebruik waar die termo-elastiese spanning eweredig is aan die temperatuurverskil. Vir nominale drywing (300 W), frekwensie (10 5 Hz), intermitterende koëffisiënt 100 en (200 m) van die effektiewe balkdiameter.
Figuur 3 toon die resultate van numeriese simulasie van die gesmelte sone met behulp van 'n makroskopiese wiskundige model. Die deursnee van die smeltsone is 200~m (100~m radius) en 40~m diepte. Die simulasieresultate toon dat die oppervlaktemperatuur plaaslik met tyd wissel soos 100K as gevolg van die hoë intermitterende faktor van die pulsmodulasie. Die verhittings- en verkoelingstempo's is onderskeidelik in die orde van 10^7 en 10^6~K/s. Hierdie waardes stem goed ooreen met ons vorige analise64. 'n Verskil van ordegrootte tussen V_h en V_c lei tot vinnige oorverhitting van die oppervlaklaag, waar termiese geleiding na die substraat onvoldoende is om die hitte te verwyder. Daarom, by t=26~ {s}\) die oppervlaktemperatuur piek so hoog as \(4800~\text {K}\). Kragtige verdamping van die materiaal kan veroorsaak dat die monsteroppervlak aan oormatige druk onderwerp word en afskilfer.
Numeriese simulasieresultate van die smeltsone van enkellaserpuls-uitgloeiing op 'n 316L-monsterplaat. Die tyd vanaf die begin van die puls tot die diepte van die gesmelte poel wat die maksimum waarde bereik, is \(180~\upmu\text {s}\). Die isoterm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) verteenwoordig die grens tussen die vloeibare en vaste fases. Die isobare (geel lyne) stem ooreen met die vloeispanning wat as 'n funksie van temperatuur in die volgende afdeling bereken word. Daarom word die vaste fase in die domein tussen die twee isolyne (isoterme\(T=T_L\) en isobare\(\sigma =\sigma _V(T)\)) aan sterk meganiese belastings onderwerp, wat kan lei tot veranderinge in die mikrostruktuur.
Hierdie effek word verder verduidelik in Figuur 4a, waar die drukvlak in die gesmelte sone as 'n funksie van tyd en afstand vanaf die oppervlak geplot word. Eerstens hou die drukgedrag verband met die modulasie van die laserpulsintensiteit wat in Figuur 2 hierbo beskryf word. 'n Maksimum druk \tex{s}\) van ongeveer \(10~\tex {MPa}\) is waargeneem teen ongeveer \(t=26~\upmu). Tweedens het die fluktuasie van die plaaslike druk by die beheerpunt dieselfde ossillasie-eienskappe as die frekwensie van \(500~\tex {kHz}\). Dit beteken dat ultrasoniese drukgolwe by die oppervlak gegenereer word en dan in die substraat voortplant.
Die berekende eienskappe van die vervormingsone naby die smeltsone word in Fig. 4b getoon. Laserablasie en termo-elastiese spanning genereer elastiese vervormingsgolwe wat in die substraat voortplant. Soos uit die figuur gesien kan word, is daar twee stadiums van spanningsopwekking. Gedurende die eerste fase van \(t < 40~\upmu \text {s}\), styg die Mises-spanning tot \(8~\text {MPa}\) met 'n modulasie soortgelyk aan die oppervlakdruk. Hierdie spanning vind plaas as gevolg van laserablasie, en geen termo-elastiese spanning is in die beheerpunte waargeneem nie, omdat die aanvanklike hitte-geaffekteerde sone te klein was. Wanneer hitte in die substraat versprei word, genereer die beheerpunt hoë termo-elastiese spanning bo \(40~\text {MPa}\).
Die verkrygde gemoduleerde spanningsvlakke het 'n beduidende impak op die vastestof-vloeistof-grensvlak en kan die beheermeganisme wees wat die stollingspad beheer. Die grootte van die vervormingsone is 2 tot 3 keer groter as dié van die smeltsone. Soos getoon in Figuur 3, word die ligging van die smeltisoterm en die spanningsvlak gelyk aan die vloeispanning vergelyk. Dit beteken dat die gepulseerde laserbestraling hoë meganiese belastings in gelokaliseerde gebiede met 'n effektiewe deursnee tussen 300 en 800 m verskaf, afhangende van die oombliklike tyd.
Daarom lei die komplekse modulasie van die gepulseerde laser-uitgloeiing tot die ultrasoniese effek. Die mikrostruktuur-seleksieroete is anders in vergelyking met die SLM sonder ultrasoniese lading. Gevormde onstabiele streke lei tot periodieke siklusse van kompressie en strek in die vaste fase. Dus word die vorming van nuwe korrelgrense en subkorrelgrense moontlik. Daarom kan die mikrostrukturele eienskappe doelbewus verander word, soos hieronder getoon. Die verkrygde gevolgtrekkings bied die moontlikheid om 'n pulsmodulasie-geïnduseerde ultraklank-gedrewe SLM-prototipe te ontwerp. In hierdie geval kan die piezo-elektriese induktor 26 wat elders gebruik word, uitgesluit word.
(a) Druk as 'n funksie van tyd, bereken op verskillende afstande vanaf die oppervlak 0, 20 en 40 m langs die simmetrie-as. (b) Tydsafhanklike Von Mises-spanning bereken in 'n soliede matriks op afstande 70, 120 en 170 m vanaf die monsteroppervlak.
Eksperimente is uitgevoer op AISI 321H vlekvrye staalplate met afmetings 20 keer 20 keer 5 mm. Na elke laserpuls beweeg die plaat 50 m, en die laserstraal se middel op die teikenoppervlak is ongeveer 100 m. Tot vyf opeenvolgende straalpasse word langs dieselfde baan uitgevoer om hersmelting van die verwerkte materiaal vir korrelverfyning te veroorsaak. In alle gevalle is die hersmeltsone gesonikeer, afhangende van die ossillatoriese komponent van die laserstraling. Dit lei tot 'n meer as 5-voudige vermindering in die gemiddelde korreloppervlakte. Figuur 5 toon hoe die mikrostruktuur van die lasergesmelte gebied verander met die aantal opeenvolgende hersmeltsiklusse (passe).
Subgrafieke (a, d, g, j) en (b, e, h, k) – mikrostruktuur van lasergesmelte streke, subgrafieke (c, f, i, l) – areaverspreiding van gekleurde korrels. Skaduwing verteenwoordig die deeltjies wat gebruik is om die histogram te bereken. Kleure stem ooreen met korrelstreke (sien die kleurbalk bo-aan die histogram). Subgrafieke (ac) stem ooreen met onbehandelde vlekvrye staal, en subgrafieke (df), (gi), (jl) stem ooreen met 1, 3 en 5 hersmeltings.
Aangesien die laserpulsenergie nie tussen opeenvolgende gange verander nie, is die diepte van die gesmelte sone dieselfde. Dus "bedek" die daaropvolgende kanaal die vorige een heeltemal. Die histogram toon egter dat die gemiddelde en mediaan korreloppervlakte afneem met toenemende aantal gange. Dit kan aandui dat die laser op die substraat eerder as die smelt inwerk.
Korrelverfyning kan veroorsaak word deur vinnige afkoeling van die gesmelte poel65. Nog 'n stel eksperimente is uitgevoer waarin die oppervlaktes van vlekvrye staalplate (321H en 316L) blootgestel is aan kontinue golf laserstraling in atmosfeer (Fig. 6) en vakuum (Fig. 7). Die gemiddelde laserkrag (onderskeidelik 300 W en 100 W) en diepte van die gesmelte poel is naby die eksperimentele resultate van die Nd:YAG-laser in vrylopende modus. 'n Tipiese kolomstruktuur is egter waargeneem.
Mikrostruktuur van die laser-gesmelte gebied van 'n kontinue golflaser (300 W konstante krag, 200 mm/s skandeerspoed, AISI 321H vlekvrye staal).
(a) Mikrostruktuur en (b) elektron-terugverstrooiingsdiffraksiebeelde van die laser-gesmelte gebied in vakuum met 'n kontinue golflaser (100 W konstante krag, 200 mm/s skanderingspoed, AISI 316L vlekvrye staal)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Daarom word dit duidelik getoon dat die komplekse modulasie van die laserpulsintensiteit 'n beduidende effek op die resulterende mikrostruktuur het. Ons glo dat hierdie effek meganies van aard is en voorkom as gevolg van die opwekking van ultrasoniese vibrasies wat vanaf die bestraalde oppervlak van die smelt diep in die monster voortplant. Soortgelyke resultate is verkry in 13, 26, 34, 66, 67 deur eksterne piezo-elektriese transducers en sonotrodes te gebruik wat hoë-intensiteit ultraklank in verskeie materiale verskaf, insluitend Ti-6Al-4V-legering 26 en vlekvrye staal 34 as gevolg van. Die moontlike meganisme word soos volg gespekuleer. Intense ultraklank kan akoestiese kavitasie veroorsaak, soos gedemonstreer in ultrasnelle in situ sinchrotron X-straalbeelding. Die ineenstorting van die kavitasieborrels genereer weer skokgolwe in die gesmelte materiaal, waarvan die voordruk ongeveer \(100~\teks {MPa}\)69 bereik. Sulke skokgolwe kan sterk genoeg wees om die vorming van kritieke grootte vastefase-kerne in grootmaatvloeistowwe te bevorder, wat die tipiese kolomvormige korrelstruktuur van laag-vir-laag-additief ontwrig. vervaardiging.
Hier stel ons 'n ander meganisme voor wat verantwoordelik is vir strukturele modifikasie deur intense sonikasie. Onmiddellik na stolling is die materiaal op 'n hoë temperatuur naby die smeltpunt en het 'n uiters lae vloeispanning. Intense ultrasoniese golwe kan veroorsaak dat plastiese vloei die korrelstruktuur van die warm, pas gestolde materiaal verander. Betroubare eksperimentele data oor die temperatuurafhanklikheid van vloeispanning is egter beskikbaar by \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (sien Figuur 8). Daarom, om hierdie hipotese te toets, het ons molekulêre dinamika (MD) simulasies van 'n Fe-Cr-Ni-samestelling soortgelyk aan AISI 316 L-staal uitgevoer om die vloeispanningsgedrag naby die smeltpunt te evalueer. Om die vloeispanning te bereken, het ons die MD-skuifspanningsrelaksasietegniek gebruik wat in 70, 71, 72, 73 uiteengesit word. Vir die interatomiese interaksieberekeninge het ons die Embedded Atomic Model (EAM) van 74 gebruik. MD-simulasies is uitgevoer met behulp van LAMMPS-kodes 75,76. Besonderhede van die MD-simulasies sal elders gepubliseer word. Die MD-berekeningsresultate van opbrengs spanning as 'n funksie van temperatuur word in Fig. 8 getoon tesame met beskikbare eksperimentele data en ander evaluasies77,78,79,80,81,82.
Vloeispanning vir AISI graad 316 austenitiese vlekvrye staal en modelsamestelling teenoor temperatuur vir MD-simulasies. Eksperimentele metings uit verwysings: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. verwys na. (f)82 is 'n empiriese model van vloeispanning-temperatuurafhanklikheid vir inlynspanningsmeting tydens laser-ondersteunde additiewe vervaardiging. Die resultate van die grootskaalse MD-simulasies in hierdie studie word aangedui as \(\vartriangleleft\) vir 'n defekvrye oneindige enkelkristal en \(\vartriangleright\) vir eindige korrels met inagneming van die gemiddelde korrelgrootte via die Hall-Petch-verhouding Dimensies\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Daar kan gesien word dat by \(T>1500~\tex {K}\) die vloeispanning onder \(40~\tex {MPa}\) daal. Aan die ander kant voorspel ramings dat die lasergegenereerde ultrasoniese amplitude \(40~\tex {MPa}\) oorskry (sien Fig. 4b), wat voldoende is om plastiese vloei in die warm materiaal wat pas gestol het, te veroorsaak.
Die mikrostruktuurvorming van 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) austenitiese vlekvrye staal tydens SLM is eksperimenteel ondersoek met behulp van 'n komplekse intensiteitsgemoduleerde gepulseerde laserbron.
Korrelgroottevermindering in die lasersmeltsone is gevind as gevolg van deurlopende laserhersmelting na 1, 3 of 5 gange.
Makroskopiese modellering toon dat die beraamde grootte van die gebied waar ultrasoniese vervorming die stollingsfront positief kan beïnvloed, tot 1 mm is.
Die mikroskopiese MD-model toon dat die vloeigrens van AISI 316 austenitiese vlekvrye staal aansienlik verminder word tot \(40~\text {MPa}\) naby die smeltpunt.
Die verkrygde resultate dui op 'n metode vir die beheer van die mikrostruktuur van materiale deur middel van komplekse gemoduleerde laserverwerking en kan dien as die basis vir die skep van nuwe modifikasies van die gepulseerde SLM-tegniek.
Liu, Y. et al. Mikrostrukturele evolusie en meganiese eienskappe van in situ TiB2/AlSi10Mg-komposiete deur laserselektiewe smelting [J]. J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Herkristallisasie korrelgrensingenieurswese van laserselektiewe smelting van 316L vlekvrye staal [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-ontwikkeling van toebroodjie-mikrostrukture met verbeterde rekbaarheid deur laserherverhitting van lasergesmelte titaniumlegerings. science.Rep. 10, 15870. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Additiewe vervaardiging van Ti-6Al-4V-onderdele deur lasermetaalafsetting (LMD): proses, mikrostruktuur en meganiese eienskappe. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Mikrostrukturele modellering van lasermetaalpoeiergerigte energie-afsetting van Allooi 718. Voeg by.vervaardiging.25, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al. Parametriese Neutron Bragg Edge Imaging Studie van Additief Vervaardigde Monsters Behandel deur Laserskokbestraling. science. Rep. 11, 14919. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Gradiëntmikrostruktuur en meganiese eienskappe van Ti-6Al-4V additief vervaardig deur elektronstraalsmelting. Alma Mater Journal. 97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).