Nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን። የሚጠቀሙበት የአሳሽ ስሪት ለCSS የተወሰነ ድጋፍ አለው። ለተሻለ ተሞክሮ፣ የዘመነ አሳሽ እንዲጠቀሙ (ወይም በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር ውስጥ የተኳሃኝነት ሁነታን እንዲያጠፉ) እንመክራለን። ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ ቀጣይነት ያለው ድጋፍ ለማረጋገጥ፣ ጣቢያውን ያለ ቅጥ እና ጃቫስክሪፕት እናሳያለን።
በማኑፋክቸሪንግ ሂደት ውስጥ የምርቶችን ማይክሮ መዋቅር ለመቆጣጠር በተመረጠ የሌዘር ማቅለጥ ላይ የተመሠረተ አዲስ ዘዴ ቀርቧል። ዘዴው በቀለጠው ገንዳ ውስጥ ውስብስብ በሆነ የጥንካሬ-ሞዱድ ሌዘር ጨረር አማካኝነት ከፍተኛ ኃይለኛ የአልትራሳውንድ ሞገዶችን ማመንጨት ላይ የተመሠረተ ነው። የሙከራ ጥናቶች እና የቁጥር ማስመሰያዎች እንደሚያሳዩት ይህ የቁጥጥር ዘዴ በቴክኒካል ተግባራዊ ሊሆን የሚችል እና በዘመናዊ የተመረጡ የሌዘር ማቅለጫ ማሽኖች ዲዛይን ውስጥ በብቃት ሊዋሃድ ይችላል።
ውስብስብ ቅርጽ ያላቸው ክፍሎች ተጨማሪ ማምረቻ (AM) በቅርብ አሥርተ ዓመታት ውስጥ በከፍተኛ ሁኔታ አድጓል። ሆኖም፣ የተለያዩ ተጨማሪ ማምረቻ ሂደቶች ቢኖሩም፣ እንደ ምርጫ ሌዘር ማቅለጥ (SLM)1,2,3፣ ቀጥተኛ የሌዘር ብረት ማስቀመጫ4,5,6፣ የኤሌክትሮን ጨረር ማቅለጥ7,8 እና ሌሎች9,10 ያሉ፣ ክፍሎቹ ጉድለት ሊኖራቸው ይችላል። ይህ በዋነኝነት የሚከሰተው ከከፍተኛ የሙቀት ቅልጥፍናዎች፣ ከፍተኛ የማቀዝቀዣ መጠኖች እና በማቅለጥ እና በማቅለጥ ቁሶች ውስጥ የማሞቂያ ዑደቶች ውስብስብነት ጋር ተያይዞ ባለው የቀለጠ ገንዳ ማጠናከሪያ ሂደት ልዩ ባህሪያት ምክንያት ነው11፣ ይህም ወደ ኤፒታክሲያል የእህል እድገት እና ከፍተኛ የሆነ የፖሊሶሲስ ውጤት ያስከትላል12,13። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት፣ የሙቀት ቅልጥፍናዎችን፣ የማቀዝቀዣ መጠኖችን እና የአሉሚኒየም ስብጥርን መቆጣጠር ወይም የተለያዩ ባህሪያት (ለምሳሌ፣ አልትራሳውንድ) ውጫዊ መስኮችን በመጠቀም ተጨማሪ አካላዊ ድንጋጤዎችን መተግበር አስፈላጊ ነው።
በርካታ ህትመቶች የንዝረት ሕክምና በተለመደው የመጣል ሂደቶች ላይ በማጠናከሪያ ሂደት ላይ ስላለው ተጽእኖ ያሳስባሉ14,15። ሆኖም ግን፣ ውጫዊ መስክን በጅምላ ማቅለጫዎች ላይ መተግበር የተፈለገውን የቁሳቁስ ማይክሮ መዋቅር አያመጣም። የፈሳሽ ደረጃው መጠን ትንሽ ከሆነ ሁኔታው ​​በከፍተኛ ሁኔታ ይለወጣል። በዚህ ሁኔታ፣ ውጫዊው መስክ የማጠናከሪያ ሂደቱን በእጅጉ ይነካል። የኤሌክትሮማግኔቲክ ተፅእኖዎች በጠንካራ አኮስቲክ መስኮች ወቅት ግምት ውስጥ ገብተዋል16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27፣ ቅስት ማወዛወዝ28 እና መወዛወዝ29፣ የተወዛወዘ የፕላዝማ ቅስቶች30,31 እና ሌሎች ዘዴዎች32። ውጫዊ ከፍተኛ ጥንካሬ ያለው የአልትራሳውንድ ምንጭ (በ20 kHz) በመጠቀም ከንጥረ ነገሩ ጋር ያያይዙ። በአልትራሳውንድ የሚፈጠረው የእህል ማጣሪያ የሚከሰተው በተቀነሰ የሙቀት መጠን እና በአልትራሳውንድ ማሻሻያ ምክንያት በተቀነሰ የሙቀት መጠን እና በአልትራሳውንድ ማሻሻያ ምክንያት በተጨመረው የቅንብር ንዑስ ማቀዝቀዣ ዞን ምክንያት ነው።
በዚህ ሥራ፣ የቀለጠውን ገንዳ በቀለጠው ሌዘር ራሱ በሚመነጩ የድምፅ ሞገዶች በማጉላት የኦስቲኒቲክ አይዝጌ ብረት የእህል አወቃቀርን የመቀየር እድልን መርምረናል። በብርሃን በሚስብ መካከለኛ ላይ የሌዘር ጨረር ክስተት የጥንካሬ ሞጁል የአልትራሳውንድ ሞገዶችን እንዲፈጠር ያደርጋል፣ ይህም የቁሳቁሱን ማይክሮ መዋቅር ይለውጣል። ይህ የሌዘር ጨረር የጥንካሬ ሞጁል በቀላሉ ከነባር የSLM 3D አታሚዎች ጋር ሊዋሃድ ይችላል። በዚህ ሥራ ውስጥ የተደረጉት ሙከራዎች የተከናወኑት ንጣፎቻቸው ለጥንካሬ ሞጁል ሌዘር ጨረር በተጋለጡ አይዝጌ ብረት ሳህኖች ላይ ነው። ስለዚህ፣ በቴክኒካል፣ የሌዘር ወለል ሕክምና ይከናወናል። ሆኖም፣ እንዲህ ዓይነቱ የሌዘር ሕክምና በእያንዳንዱ ንብርብር ወለል ላይ፣ በንብርብር-በንብርብር ግንባታ ወቅት፣ በጠቅላላው መጠን ወይም በተመረጡ የድምጽ ክፍሎች ላይ ተጽእኖዎች ይከናወናሉ። በሌላ አነጋገር፣ ክፍሉ በንብርብር የተገነባ ከሆነ፣ የእያንዳንዱ ንብርብር የሌዘር ወለል ሕክምና ከ"የሌዘር መጠን ሕክምና" ጋር እኩል ነው።
በአልትራሳውንድ ቀንድ ላይ በተመሠረተ የአልትራሳውንድ ሕክምና ውስጥ፣ የቆመው የድምፅ ሞገድ የአልትራሳውንድ ኃይል በክፍሉ ውስጥ ይሰራጫል፣ በሌዘር የሚፈጠረው የአልትራሳውንድ ጥንካሬ ደግሞ የሌዘር ጨረር በሚወሰድበት ቦታ አቅራቢያ በጣም የተጠናከረ ነው። በSLM የዱቄት አልጋ ውህደት ማሽን ውስጥ ሶኖትሮድ መጠቀም ውስብስብ ነው ምክንያቱም ለሌዘር ጨረር የተጋለጠው የዱቄት አልጋ የላይኛው ገጽ ቋሚ ሆኖ መቆየት አለበት። በተጨማሪም፣ በክፍሉ የላይኛው ገጽ ላይ ምንም አይነት ሜካኒካል ጭንቀት የለም። ስለዚህ፣ የአኮስቲክ ውጥረት ወደ ዜሮ የተጠጋ ሲሆን የቅንጣት ፍጥነት በጠቅላላው የክፍሉ የላይኛው ገጽ ላይ ከፍተኛ ስፋት አለው። በጠቅላላው የቀለጠ ገንዳ ውስጥ ያለው የድምፅ ግፊት በብየዳ ራስ ከሚፈጠረው ከፍተኛ ግፊት 0.1% መብለጥ አይችልም፣ ምክንያቱም በአይዝጌ ብረት ውስጥ 20 kHz ድግግሞሽ ያላቸው የአልትራሳውንድ ሞገዶች የሞገድ ርዝመት \(\sim 0.3~\text {m}\) ነው፣ እና ጥልቀቱ ብዙውን ጊዜ ከ \(\sim 0.3~\text {mm}\) ያነሰ ነው። ስለዚህ፣ የአልትራሳውንድ በካቪቴሽን ላይ ያለው ተጽእኖ ትንሽ ሊሆን ይችላል።
በቀጥታ የሌዘር ብረት ክምችት ውስጥ የጥንካሬ-ሞዱሌትድ ሌዘር ጨረር አጠቃቀም የምርምር ንቁ ክፍል መሆኑን ልብ ሊባል ይገባል35,36,37,38.
የሌዘር ጨረር ክስተት በመካከለኛው ላይ የሚፈጥረው የሙቀት ተጽእኖ ለሁሉም ማለት ይቻላል የሌዘር ቴክኒኮች 39፣ 40 መሠረት ነው፣ ለምሳሌ እንደ መቁረጥ41፣ ብየዳ፣ ማጠንከር፣ ቁፋሮ42፣ የገጽታ ጽዳት፣ የገጽታ ቅይጥ፣ የገጽታ ፖሊሽንግ43፣ ወዘተ.። የሌዘር ፈጠራ በቁሳቁስ ማቀነባበሪያ ቴክኒኮች ውስጥ አዳዲስ እድገቶችን አነሳስቷል፣ እና የመጀመሪያ ውጤቶች በብዙ ግምገማዎች እና ሞኖግራፎች44፣45፣46 ውስጥ ተጠቃለዋል።
በመምጠጥ መካከለኛ ላይ የላሲንግ እርምጃን ጨምሮ በመገናኛ ላይ የማይንቀሳቀስ ማንኛውም እርምጃ በውስጡ የአኮስቲክ ሞገዶችን ማነቃቃት በከፍተኛ ወይም ባነሰ ቅልጥፍና እንደሚያስከትል ልብ ሊባል ይገባል። መጀመሪያ ላይ፣ ዋናው ትኩረት በፈሳሾች ውስጥ ባሉ ሞገዶች ላይ ባለው የሌዘር ማነቃቂያ እና በድምፅ የተለያዩ የሙቀት ማነቃቂያ ዘዴዎች (የሙቀት መስፋፋት፣ ትነት፣ በደረጃ ሽግግር ወቅት የድምጽ ለውጥ፣ መኮማተር፣ ወዘተ) ላይ ነበር። 47፣ 48፣ 49። በርካታ ሞኖግራፎች50፣ 51፣ 52 የዚህን ሂደት እና ሊሆኑ የሚችሉ ተግባራዊ አፕሊኬሽኖችን የቲዎሬቲካል ትንታኔዎችን ይሰጣሉ።
እነዚህ ጉዳዮች በተለያዩ ኮንፈረንሶች ላይ በኋላ ላይ ውይይት ተደርጎባቸዋል፣ እና የአልትራሳውንድ የሌዘር ማነቃቂያ በሁለቱም የሌዘር ቴክኖሎጂ ኢንዱስትሪያዊ አተገባበር ላይ አተገባበር አለው53 እና ህክምና54። ስለዚህ፣ የተወዛወዘ የሌዘር ብርሃን በሚስብ መካከለኛ ላይ የሚሰራበት ሂደት መሰረታዊ ፅንሰ-ሀሳብ እንደተቋቋመ ሊታሰብ ይችላል። የሌዘር አልትራሳውንድ ምርመራ በSLM የተመረቱ ናሙናዎችን ጉድለት ለመለየት ይጠቅማል55,56።
በሌዘር የሚመነጩ የድንጋጤ ሞገዶች በቁሳቁሶች ላይ የሚያሳድሩት ተጽእኖ የሌዘር ድንጋጤ ፔይንንግ መሰረት ነው57,58,59፣ ይህም በተጨማሪ የተመረቱ ክፍሎችን ለገጽታ ህክምናም ያገለግላል60. ሆኖም ግን፣ የሌዘር ድንጋጤ ማጠናከሪያ በናኖሴኮንድ ሌዘር ምቶች እና በሜካኒካል በተጫኑ ቦታዎች ላይ በጣም ውጤታማ ነው (ለምሳሌ፣ በፈሳሽ ንብርብር)59 ምክንያቱም ሜካኒካል ጭነት ከፍተኛ ግፊትን ይጨምራል።
የተለያዩ አካላዊ መስኮች በተጠናከሩ ቁሳቁሶች ማይክሮ መዋቅር ላይ ሊያስከትሉ የሚችሉትን ተጽእኖ ለመመርመር ሙከራዎች ተካሂደዋል። የሙከራው ማዋቀር ተግባራዊ ንድፍ በስእል 1 ላይ ይታያል። በነጻ-ሩጫ ሁነታ (የ pulse ቆይታ \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) የሚሰራ pulsed Nd:YAG solid-state laser ጥቅም ላይ ውሏል። እያንዳንዱ የሌዘር ምት በተከታታይ ገለልተኛ ጥግግት ማጣሪያዎች እና የ beam splitter plate system ውስጥ ያልፋል። በገለልተኛ ጥግግት ማጣሪያዎች ጥምረት ላይ በመመስረት፣ በዒላማው ላይ ያለው የ pulse ኃይል ከ \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) እስከ \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) ይለያያል። ከ beam splitter የተንጸባረቀው የሌዘር ጨረር በአንድ ጊዜ የውሂብ ማግኛ ወደ photodiode ይመገባል፣ እና ሁለት ካሎሪሜትሮች (ከ \(1~\text {ms}\) በላይ ረጅም የምላሽ ጊዜ ያላቸው የፎቶዲዮዶች) ለዒላማው እና ከዒላማው የተንፀባረቀውን ክስተት ለመወሰን እና ሁለት የኃይል መለኪያዎች (ከአጭር ምላሽ ጋር የፎቶዲዮዶች) ጥቅም ላይ ይውላሉ። የክስተት እና የተንጸባረቀ የኦፕቲካል ኃይልን ለመወሰን ጊዜዎች\(<10~\text {ns}\))። ካሎሪሜትሮች እና የኃይል መለኪያዎች በቴርሞፓይል መመርመሪያ Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 እና በናሙና ቦታው ላይ የተገጠመ ዳይኤሌክትሪክ መስታወት በመጠቀም ፍጹም አሃዶች ውስጥ እሴቶችን ለመስጠት ተስተካከሉ። ሌንስን በመጠቀም ጨረሩን በዒላማው ላይ ያተኩሩ (በ\(1.06 \upmu \text {m}\)፣ የትኩረት ርዝመት \(160~\text {mm}\)) እና በዒላማው ወለል ላይ ባለ የጨረር ወገብ 60– \(100~\upmu\text {m}\)።
የሙከራው ቅንብር ተግባራዊ ንድፍ ንድፍ፡ 1—ሌዘር፤ 2—ሌዘር ጨረር፤ 3—ገለልተኛ ጥግግት ማጣሪያ፤ 4—የተመሳሰለ ፎቶዲዮድ፤ 5—ጨረር መከፋፈያ፤ 6—ዳያፍራግም፤ 7—የክስተት ጨረር ካሎሪሜትር፤ 8—የተንጸባረቀ ጨረር ካሎሪሜትር፤ 9—የክስተት ጨረር የኃይል መለኪያ፤ 10—የተንጸባረቀ ጨረር የኃይል መለኪያ፤ 11—የማተኮር ሌንስ፤ 12—መስታወት፤ 13—ናሙና፤ 14—ብሮድባንድ ፒኢዞኤሌክትሪክ ትራንስዱሰር፤ 15–2D መቀየሪያ፤ 16—የቦታ ማይክሮ መቆጣጠሪያ፤ 17—የማመሳሰል ክፍል፤ 18—የተለያዩ የናሙና መጠኖች ያሉት ባለብዙ ቻናል ዲጂታል ማግኛ ስርዓት፤ 19—የግል ኮምፒውተር።
የአልትራሳውንድ ሕክምና እንደሚከተለው ይከናወናል። ሌዘር በነፃ-ሩጫ ሁነታ ይሰራል፤ ስለዚህ የሌዘር ምት የቆይታ ጊዜ \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) ሲሆን ይህም በግምት \(1.5~\upmu \text {s}\) በርካታ የጊዜ ርዝመቶችን ያካትታል። የሌዘር ምት ጊዜያዊ ቅርፅ እና ስፔክትረም ዝቅተኛ-ድግግሞሽ ኤንቨሎፕ እና ከፍተኛ-ድግግሞሽ ሞዱላንግ ሲሆን፣ በአማካይ \(0.7~\text {MHz}\) ድግግሞሽ ያለው ሲሆን፣ በስእል 2 ላይ እንደሚታየው።- የድግግሞሽ ኤንቨሎፕ የቁሳቁሱን ማሞቂያ እና ቀጣይ መቅለጥ እና ትነት ይሰጣል፣ ከፍተኛ ድግግሞሽ ክፍሉ ደግሞ በፎቶአኮስቲክ ተጽእኖ ምክንያት የአልትራሳውንድ ንዝረትን ይሰጣል። በሌዘር የሚፈጠረው የአልትራሳውንድ ምት የሞገድ ቅርፅ በዋናነት የሚወሰነው በሌዘር ምት ጥንካሬ የጊዜ ቅርፅ ነው። ከ \(7~\text {kHz}\) እስከ \ (2~\text {MHz}\) ነው፣ እና የመሃል ድግግሞሽ \(~ 0.7~\text {MHz}\) ነው። በፎቶአኮስቲክ ተጽእኖ ምክንያት የሚፈጠሩ የአኮስቲክ ህዋሶች የተቀረጹት ከፖሊቪኒሊዲን ፍሎራይድ ፊልሞች በተሠሩ የብሮድባንድ ፒኢዞኤሌክትሪክ ትራንስዱሰሮች በመጠቀም ነው። የተቀረጹት የሞገድ ቅርፅ እና ስፔክትረም በስእል 2 ላይ ይታያሉ። የሌዘር ህዋሶች ቅርፅ እንደ ነፃ-ሩጫ ሁነታ ሌዘር የተለመደ መሆኑን ልብ ሊባል ይገባል።
የሌዘር pulse ጥንካሬ (a) እና በናሙናው ጀርባ ገጽ ላይ የድምፅ ፍጥነት (b)፣ የሌዘር pulse ስፔክትራ (c) እና የአልትራሳውንድ pulse (d) ለአንድ ነጠላ የሌዘር pulse (ሰማያዊ ኩርባ) በአማካይ ከ300 በላይ የሌዘር pulses (ቀይ ኩርባ) አማካይ ስርጭት።
የሌዘር ምት ዝቅተኛ-ድግግሞሽ ኤንቨሎፕ እና ከፍተኛ-ድግግሞሽ ሞጁል በቅደም ተከተል የሚዛመዱትን የአኮስቲክ ሕክምና ዝቅተኛ-ድግግሞሽ እና ከፍተኛ-ድግግሞሽ ክፍሎችን በግልጽ መለየት እንችላለን። በሌዘር ምት ኤንቨሎፕ የሚመነጩት የአኮስቲክ ሞገዶች የሞገድ ርዝመት \(40~\text {cm}\) ያልፋል፤ ስለዚህ የአኮስቲክ ምልክት ብሮድባንድ ከፍተኛ-ድግግሞሽ ክፍሎች በማይክሮስትራክቸር ላይ የሚያሳድሩት ተጽዕኖ ይጠበቃል።
በSLM ውስጥ ያሉት አካላዊ ሂደቶች ውስብስብ እና በተመሳሳይ ጊዜ በተለያዩ የቦታ እና የጊዜ ሚዛን ላይ ይከሰታሉ። ስለዚህ፣ ባለብዙ ደረጃ ዘዴዎች ለSLM ቲዎሬቲካል ትንተና በጣም ተስማሚ ናቸው። የሂሳብ ሞዴሎች መጀመሪያ ላይ ባለብዙ አካላዊ መሆን አለባቸው። ከማይነቃነቅ የጋዝ ከባቢ አየር ጋር የሚገናኙ ባለብዙ ደረጃ መካከለኛ “ጠንካራ-ፈሳሽ መቅለጥ” ሜካኒክስ እና ቴርሞፊዚክስ ከዚያም በብቃት ሊገለጹ ይችላሉ። በSLM ውስጥ የቁሳቁስ የሙቀት ጭነቶች ባህሪያት እንደሚከተለው ናቸው።
እስከ \(10^{13}~\text {W} cm}^2\) ድረስ ባለው የኃይል ጥግግት ምክንያት እስከ \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ ድረስ የማሞቂያ እና የማቀዝቀዣ መጠኖች።
የማቅለጫ-ማጠንከሪያ ዑደት ከ1 እስከ \(10~\text {ms}\) የሚቆይ ሲሆን ይህም በማቀዝቀዝ ወቅት የማቅለጫ ቀጠናውን በፍጥነት ለማጠንከር ይረዳል።
የናሙናው ወለል በፍጥነት ማሞቅ በገጽታ ንብርብር ውስጥ ከፍተኛ የሙቀት-አማቂ ጭንቀቶች እንዲፈጠሩ ያደርጋል። በቂ (እስከ 20%) የዱቄት ንብርብር ክፍል በከፍተኛ ሁኔታ ይተነናል63፣ ይህም ለሌዘር ማስወገጃ ምላሽ በገጽታ ላይ ተጨማሪ የግፊት ጭነት ያስከትላል። በዚህም ምክንያት የተፈጠረው ውጥረት የክፍሉን ጂኦሜትሪ በተለይም በአቅራቢያው ባሉ ድጋፎች እና ቀጭን መዋቅራዊ አካላት ላይ በእጅጉ ያዛባል። በ pulsed laser annealing ውስጥ ያለው ከፍተኛ የማሞቂያ ፍጥነት ከገጽታ ወደ ንጣፍ የሚዛመቱ የአልትራሳውንድ ውጥረት ሞገዶችን ይፈጥራል። በአካባቢያዊ ውጥረት እና በ strain ስርጭት ላይ ትክክለኛ የቁጥር መረጃ ለማግኘት፣ ከሙቀት እና ከጅምላ ዝውውር ጋር የተጣመረውን የላስቲክ ዲስፎርሜሽን ችግር ሜሶስኮፒክ ማስመሰል ይከናወናል።
የሞዴሉ ገዢ እኩልታዎች የሚከተሉትን ያካትታሉ (1) የሙቀት ማስተላለፊያ እኩልታዎች የሙቀት ማስተላለፊያ ደረጃ ሁኔታ (ዱቄት፣ ማቅለጥ፣ ፖሊክሪስታሊን) እና የሙቀት መጠን፣ (2) ከቀጣይነት ማስወገጃ በኋላ የመለጠጥ ለውጥ መለዋወጥ እና የሙቀት elastic መስፋፋት እኩልታ። የድንበር እሴት ችግር የሚወሰነው በሙከራ ሁኔታዎች ነው። የተለዋዋጭ የሌዘር ፍሰት በናሙናው ወለል ላይ ይገለጻል። ኮንቬክቲቭ ማቀዝቀዣ የሚመራ የሙቀት ልውውጥ እና የትነት ፍሰትን ያካትታል። የጅምላ ፍሰት የሚገለጸው የሚተነፍሰው ቁሳቁስ በተሟላ የእንፋሎት ግፊት ስሌት ላይ በመመስረት ነው። የኤላስቶፕላስቲክ የጭንቀት-ውጥረት ግንኙነት ጥቅም ላይ የሚውለው የሙቀት elastic ውጥረት ከሙቀት ልዩነት ጋር ተመጣጣኝ በሆነበት ቦታ ነው። ለስምንታዊ ኃይል \(300~\text {W}\)፣ ድግግሞሽ \(10^5~\text {Hz}\)፣ የተቆራረጠ ኮፊሸንት 100 እና \(200~\upmu \text {m}\ ) ውጤታማ የጨረር ዲያሜትር።
ምስል 3 የማክሮስኮፒክ የሂሳብ ሞዴልን በመጠቀም የቀለጠውን ዞን የቁጥር ማስመሰል ውጤቶችን ያሳያል። የውህደት ዞን ዲያሜትር \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) ራዲየስ) እና \(40~\upmu \text {m}\) ጥልቀት ነው። የማስመሰል ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት የገጽታ ሙቀት በጊዜ መጠን እንደ \(100~\text {K}\) በ pulse modulation ከፍተኛ የመቆራረጥ ምክንያት በአካባቢው ይለያያል። የማሞቂያ \(V_h\) እና የማቀዝቀዣ \(V_c\) መጠኖች በቅደም ተከተል \(10^7\) እና \(10^6~\text {K}/\text {s}\) ናቸው። እነዚህ እሴቶች ከቀዳሚው ትንታኔያችን ጋር በጥሩ ሁኔታ ይስማማሉ። በ \(V_h\) እና \(V_c\) መካከል ያለው የመጠን ልዩነት የገጽታ ንብርብር በፍጥነት ከመጠን በላይ እንዲሞቅ ያደርጋል፣ ወደ ንጣፍ የሙቀት ማስተላለፊያው የሙቀት ማስተላለፊያ ሙቀትን ለማስወገድ በቂ አይደለም። ስለዚህ፣ በ \(t=26~\upmu \text {s}\) የገጽታ ሙቀት እስከ \(4800~\text {K}\) ድረስ ከፍተኛ ነው። የቁሱ ኃይለኛ ትነት የናሙናው ወለል ከመጠን በላይ ጫና እንዲፈጠርበት እና እንዲላጥ ሊያደርግ ይችላል።
በ316L የናሙና ሳህን ላይ የአንድ ሌዘር pulse annealing የማቅለጫ ዞን የቁጥር ማስመሰል ውጤቶች። ከ pulse መጀመሪያ አንስቶ እስከ ቀለጠ ገንዳ ጥልቀት ድረስ ያለው ጊዜ ከፍተኛውን እሴት የሚደርስ \(180~\upmu\text {s}\) ነው። isotherm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) በፈሳሽ እና በጠጣር ደረጃዎች መካከል ያለውን ድንበር ይወክላል። isobars (ቢጫ መስመሮች) በሚቀጥለው ክፍል ውስጥ እንደ የሙቀት መጠን ከተሰላው የትርፍ ውጥረት ጋር ይዛመዳሉ። ስለዚህ፣ በሁለቱ ኢሶላይኖች (isotherms\(T=T_L\) እና isobars\(\sigma =\sigma _V(T)\) መካከል ባለው ጎራ ውስጥ፣ ጠንካራው ምዕራፍ ለጠንካራ ሜካኒካል ጭነቶች የተጋለጠ ሲሆን ይህም በማይክሮስትራክቸር ላይ ለውጦችን ሊያስከትል ይችላል።
ይህ ተጽእኖ በስእል 4a ላይ የበለጠ ተብራርቷል፣ በቀለጠው ዞን ውስጥ ያለው የግፊት ደረጃ ከገጽታው በጊዜ እና ርቀት ተቀርጿል። በመጀመሪያ፣ የግፊት ባህሪው ከላይ በስእል 2 ላይ ከተገለጸው የሌዘር የልብ ምት ጥንካሬ ሞጁል ጋር የተያያዘ ነው። በ \(t=26~\text {MPa}\) አካባቢ ከፍተኛው የግፊት \text{s}\) በ \(t=26~\upmu) አካባቢ ታይቷል። ሁለተኛ፣ በመቆጣጠሪያ ነጥብ ላይ ያለው የአካባቢ ግፊት መለዋወጥ ከ \(500~\text {kHz}\ ድግግሞሽ ጋር ተመሳሳይ የመወዛወዝ ባህሪያት አሉት። ይህ ማለት የአልትራሳውንድ ግፊት ሞገዶች በላዩ ላይ ይፈጠራሉ እና ከዚያም ወደ ንጣፉ ይሰራጫሉ ማለት ነው።
በማቅለጫው ዞን አቅራቢያ ያለው የዲስፎርሜሽን ዞን የተሰሉ ባህሪያት በምስል 4ለ ላይ ይታያሉ። የሌዘር ማስወገጃ እና የሙቀት መቆጣጠሪያ ውጥረት ወደ ንጣፉ የሚዛመቱ የመለጠጥ መበስበስ ሞገዶችን ያመነጫሉ። ከስዕሉ እንደሚታየው፣ የጭንቀት ማመንጨት ሁለት ደረጃዎች አሉ። በ \(t < 40~\upmu \text {s}\ የመጀመሪያ ደረጃ፣ የሚሴስ ውጥረት ከገጽታ ግፊት ጋር ተመሳሳይ በሆነ ሞጁል ወደ \(8~\text {MPa}\) ይጨምራል። ይህ ውጥረት የሚከሰተው በሌዘር ማስወገጃ ምክንያት ነው፣ እና የመጀመሪያው በሙቀት የተጎዳው ዞን በጣም ትንሽ ስለነበር በቁጥጥር ነጥቦቹ ውስጥ ምንም የሙቀት መቆጣጠሪያ ውጥረት አልታየም። ሙቀት ወደ ንጣፉ ሲበተን፣ የቁጥጥር ነጥቡ ከ \(40~\text {MPa}\) በላይ ከፍተኛ የሙቀት መቆጣጠሪያ ውጥረት ይፈጥራል።
የተገኙት የተስተካከሉ የጭንቀት ደረጃዎች በጠጣር-ፈሳሽ በይነገጽ ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ ያሳድራሉ እና የማጠናከሪያ መንገዱን የሚመራው የቁጥጥር ዘዴ ሊሆኑ ይችላሉ። የመበስበስ ዞን መጠን ከቀለጠበት ዞን ከ2 እስከ 3 እጥፍ ይበልጣል። በስእል 3 ላይ እንደሚታየው የቀለጠበት ኢሶተርም ቦታ እና ከምርት ውጥረት ጋር እኩል የሆነ የጭንቀት ደረጃ ይነፃፀራሉ። ይህ ማለት የተወዛወዘ የሌዘር ጨረር በአካባቢያዊ አካባቢዎች ላይ እንደ ፈጣን ጊዜ ከ300 እስከ \(800~\upmu \text {m}\) መካከል ውጤታማ ዲያሜትር ያላቸው ከፍተኛ ሜካኒካል ጭነቶችን ይሰጣል ማለት ነው።
ስለዚህ፣ የተወዛወዘ የሌዘር አኔሊንግ ውስብስብ ሞዱሽን ወደ አልትራሳውንድ ውጤት ይመራል። ማይክሮስትራክቸር የምርጫ መንገድ ከአልትራሳውንድ ጭነት ከሌለው ከSLM ጋር ሲነጻጸር የተለየ ነው። የተበላሹ ያልተረጋጉ ክልሎች በጠንካራ ደረጃ ውስጥ በየጊዜው የመጨመቅ እና የመለጠጥ ዑደቶችን ያስከትላሉ። ስለዚህ፣ አዳዲስ የእህል ወሰኖች እና የንዑስ እህል ወሰኖች መፈጠር ተግባራዊ ይሆናል። ስለዚህ፣ ማይክሮስትራክቸራል ባህሪያት ሆን ተብሎ ሊለወጡ ይችላሉ፣ ከታች እንደሚታየው። የተገኙት መደምደሚያዎች በ pulse modulation-induced ultrasound-driven SLM prototype የመንደፍ እድል ይሰጣሉ። በዚህ ሁኔታ፣ በሌላ ቦታ ጥቅም ላይ የዋለው የፓይዞኤሌክትሪክ ኢንዳክተር 26 ሊገለል ይችላል።
(ሀ) ግፊት እንደ የጊዜ ተግባር፣ ከገጽታ 0፣ 20 እና \(40~\upmu \text {m}\) በተለያዩ ርቀቶች የሚሰላ በሲሜትሪ ዘንግ በኩል።(ለ) በጊዜ ላይ የተመሰረተ ቮን ሚዝ ከናሙናው ወለል በ70፣ 120 እና \(170~\upmu \text {m}\) ርቀቶች ላይ በጠንካራ ማትሪክስ ውስጥ የሚሰላ ውጥረት።
ሙከራዎች የተከናወኑት በAISI 321H አይዝጌ ብረት ሳህኖች ላይ ልኬቶች \(20\t 20\t 5~\text {mm}\) ባላቸው ልኬቶች \(20\t 20\t 5~\text {mm}\) ላይ ነው። ከእያንዳንዱ የሌዘር ምት በኋላ፣ ሳህኑ \(50~\upmu \text {m}\) ይንቀሳቀሳል፣ እና በዒላማው ገጽ ላይ ያለው የሌዘር ጨረር ወገብ \(100~\upmu \text {m}\) ያህል ነው። እስከ አምስት ተከታታይ የጨረር ማለፊያዎች በተመሳሳይ መንገድ ይከናወናሉ፣ ይህም የእህል ማጣሪያን ለማጥራት የተቀነባበረውን ቁሳቁስ እንደገና ማቅለጥ ያስከትላል። በሁሉም ሁኔታዎች፣ የቀለጠው ዞን በሌዘር ጨረር መወዛወዝ ክፍል ላይ በመመስረት ተለጠፈ። ይህ በአማካይ የእህል ስፋት ከ5 እጥፍ በላይ እንዲቀንስ ያደርጋል። ምስል 5 የሌዘር-ቀለጠ ክልል ማይክሮ መዋቅር ከቀጣይ የማቅለጫ ዑደቶች ብዛት (ማለፊያዎች) ጋር እንዴት እንደሚለዋወጥ ያሳያል።
ንዑስ ፕላቶች (a,d,g,j) እና (b,e,h,k) - የሌዘር የቀለጡ ክልሎች ማይክሮ መዋቅር፣ ንዑስ ፕላቶች (c,f,i,l) - የቀለም እህሎች የቦታ ስርጭት። ጥላ ሂስቶግራምን ለማስላት የሚያገለግሉትን ቅንጣቶች ይወክላል። ቀለሞች ከእህል ክልሎች ጋር ይዛመዳሉ (በሂስቶግራም አናት ላይ ያለውን የቀለም አሞሌ ይመልከቱ። ንዑስ ፕላቶች (ac) ከማይታከም አይዝጌ ብረት ጋር ይዛመዳሉ፣ ንዑስ ፕላቶች (df)፣ (gi)፣ (jl) ደግሞ ከ1፣ 3 እና 5 ሬመልቶች ጋር ይዛመዳሉ።
የሌዘር ምት ኃይል በቀጣዮቹ ማለፊያዎች መካከል ስለማይለወጥ፣ የቀለጠው ዞን ጥልቀት ተመሳሳይ ነው። ስለዚህ፣ የሚቀጥለው ቻናል ቀዳሚውን ሙሉ በሙሉ "ይሸፍናል።" ሆኖም፣ ሂስቶግራም እንደሚያሳየው አማካይ እና መካከለኛ የእህል ቦታ እየጨመረ በመጣው ቁጥር ይቀንሳል። ይህ ሌዘር ከማቅለጫው ይልቅ በንጥረ ነገር ላይ እየሰራ መሆኑን ሊያመለክት ይችላል።
የእህል ማጣሪያ የቀለጠውን ገንዳ በፍጥነት በማቀዝቀዝ ምክንያት ሊከሰት ይችላል65. ሌላ የሙከራ ስብስብ ተካሂዷል፣ በዚህ ውስጥ የአይዝጌ ብረት ሳህኖች (321H እና 316L) ገጽታዎች በከባቢ አየር ውስጥ ለቀጣይ የሞገድ ሌዘር ጨረር (ምስል 6) እና ለቫክዩም (ምስል 7) ተጋልጠዋል። አማካይ የሌዘር ኃይል (300 W እና 100 W በቅደም ተከተል) እና የቀለጠው የመዋኛ ገንዳ ጥልቀት በነጻ-ሩጫ ሁነታ ላይ ከNd:YAG ሌዘር የሙከራ ውጤቶች ጋር ቅርብ ናቸው። ሆኖም ግን፣ የተለመደው አምድ ያለው መዋቅር ታይቷል።
የተከታታይ ሞገድ ሌዘር ሌዘር በሌዘር የቀለጠ ክልል ማይክሮ መዋቅር (300 ዋት ቋሚ ኃይል፣ 200 ሚሜ/ሰ የፍተሻ ፍጥነት፣ AISI 321H አይዝጌ ብረት)።
(ሀ) ማይክሮስትራክቸር እና (ለ) በቫክዩም ውስጥ በሌዘር የቀለጠ ክልል ውስጥ ቀጣይነት ያለው የሞገድ ሌዘር (100 ዋት ቋሚ ኃይል፣ 200 ሚሜ/ሰ የፍተሻ ፍጥነት፣ AISI 316L አይዝጌ ብረት)\ (\sim 2~\text {mbar}\) ያለው የኤሌክትሮን የኋላ መበታተን ዲፍራክሽን ምስሎች።
ስለዚህ፣ የሌዘር የልብ ምት ጥንካሬ ውስብስብ ሞጁል በተገኘው ማይክሮ መዋቅር ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ እንደሚያሳድር በግልጽ ታይቷል። ይህ ውጤት ሜካኒካዊ ተፈጥሮ ያለው እና ከቀለጠበት ወለል ውስጥ በጥልቀት ወደ ናሙናው የሚሰራጭ የአልትራሳውንድ ንዝረት በመፍጠር ምክንያት የሚከሰት እንደሆነ እናምናለን። ተመሳሳይ ውጤቶች በ13፣ 26፣ 34፣ 66፣ 67 ውስጥ በተለያዩ ቁሳቁሶች ውስጥ ከፍተኛ ጥንካሬ ያለው አልትራሳውንድ የሚያቀርቡ ውጫዊ ፒኢዞኤሌክትሪክ ትራንስዱሰሮች እና ሶኖትሮዶችን በመጠቀም ተገኝተዋል፣ Ti-6Al-4V ቅይጥ 26 እና አይዝጌ ብረት 34 ውጤትን ጨምሮ። ሊሆን የሚችል ዘዴ እንደሚከተለው ይገመታል። ኃይለኛ አልትራሳውንድ አኮስቲክ ካቪቴሽን ሊያስከትል ይችላል፣ ይህም እጅግ በጣም ፈጣን በሆነው in situ synchrotron X-ray imaging ላይ እንደሚታየው። የካቪቴሽን አረፋዎች መፈራረስ በተራው በቀለጠው ቁሳቁስ ውስጥ የድንጋጤ ሞገዶችን ይፈጥራል፣ የፊት ግፊቱ ወደ \(100~\text {MPa}\)69 ይደርሳል። እንደዚህ ያሉ የድንጋጤ ሞገዶች በጅምላ ፈሳሾች ውስጥ ወሳኝ መጠን ያላቸው ጠንካራ-ደረጃ ኒውክሊየሶች እንዲፈጠሩ ለማድረግ በቂ ጠንካራ ሊሆኑ ይችላሉ፣ ይህም የንብርብር-በ-ንብርብር ተጨማሪ ማምረቻ የተለመደውን አምድ የእህል መዋቅር ያደናቅፋል።
እዚህ፣ በጠንካራ ሶኒሲቲ አማካኝነት መዋቅራዊ ማሻሻያን የሚያመጣ ሌላ ዘዴ እናቀርባለን። ከተጠናከረ በኋላ ወዲያውኑ ቁሱ ከማቅለጫው ነጥብ አጠገብ ከፍተኛ ሙቀት ላይ የሚገኝ ሲሆን እጅግ በጣም ዝቅተኛ የምርት ጫና አለው። ኃይለኛ የአልትራሳውንድ ሞገዶች የፕላስቲክ ፍሰት የሙቅ፣ የተጠናከረ ቁሳቁስ የእህል መዋቅርን እንዲቀይር ሊያደርግ ይችላል። ሆኖም ግን፣ የምርት ውጥረት የሙቀት ጥገኛነት ላይ አስተማማኝ የሙከራ መረጃ በ\(T\lesssim 1150~\text {K}\) ላይ ይገኛል (ምስል 8 ይመልከቱ)። ስለዚህ፣ ይህንን መላምት ለመፈተሽ፣ ከማቅለጫው ነጥብ አጠገብ ያለውን የምርት ውጥረት ባህሪ ለመገምገም ከ AISI 316 L ብረት ጋር ተመሳሳይ የሆነ የ Fe-Cr-Ni ቅንብር ሞለኪውላዊ ተለዋዋጭነት (MD) ማስመሰያዎችን አድርገናል። የምርት ውጥረትን ለማስላት፣ በ70፣ 71፣ 72፣ 73 ውስጥ የተዘረዘረውን የ MD ሸር ውጥረት ዘና የሚያደርግ ዘዴ ተጠቅመናል። ለኢንተርአቶሚክ መስተጋብር ስሌቶች፣ ከ74 የተገኘ የተካተተ አቶሚክ ሞዴል (EAM) ተጠቅመናል። የ MD ማስመሰያዎች የተከናወኑት በLAMMPS ኮዶች 75,76 በመጠቀም ነው። የ MD ማስመሰያዎች ዝርዝሮች በሌላ ቦታ ይታተማሉ። የ MD ስሌት ውጤቶች የ የሙቀት መጠንን መሰረት በማድረግ የሚፈጠረው የትርፍ ውጥረት በምስል 8 ላይ ከሚገኙ የሙከራ መረጃዎች እና ሌሎች ግምገማዎች ጋር አብሮ ይታያል።77,78,79,80,81,82።
ለ AISI ደረጃ 316 ኦስቲኒቲክ አይዝጌ ብረት የጭንቀት መጠን እና ለ MD ማስመሰያዎች የሞዴል ቅንብር ከሙቀት ጋር ሲነጻጸር። ከማጣቀሻዎች የተገኙ የሙከራ መለኪያዎች፡ (a) 77፣ (b) 78፣ (c) 79፣ (d) 80፣ (e) 81.refer to.(f)82 በሌዘር በሚታገዝ ተጨማሪ ማምረቻ ወቅት በመስመር ውስጥ ለሚደረግ የጭንቀት መለኪያ የምርት ውጥረት-ሙቀት ጥገኛ የሆነ ተጨባጭ ሞዴል ነው። በዚህ ጥናት ውስጥ ያሉት ትላልቅ-ደረጃ MD ማስመሰያዎች ውጤቶች ለችግር-ነጻ ወሰን የሌለው ነጠላ ክሪስታል \(\vartriangleleft\) እና \(\vartriangleright\) በ Hall-Petch ግንኙነት በኩል ያለውን አማካይ የእህል መጠን ግምት ውስጥ በማስገባት ለተወሰኑ እህሎች \(\vartriangleright\) ተብለው ይገለፃሉ። ልኬቶች\(d = 50~\upmu \text {m}\)።
በ\(T>1500~\text {K}\) ላይ የትርፍ ጫናው ከ\(40~\text {MPa}\) በታች እንደሚወርድ ማየት ይቻላል። በሌላ በኩል ደግሞ፣ ግምቶች በሌዘር የሚመነጨው የአልትራሳውንድ መጠን ከ\(40~\text {MPa}\) እንደሚበልጥ ይተነብያሉ (ምስል 4b ይመልከቱ)፣ ይህም አሁን በተጠናከረው ቁሳቁስ ውስጥ የፕላስቲክ ፍሰትን ለማነሳሳት በቂ ነው።
በSLM ወቅት የ12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) ኦስቲኒቲክ አይዝጌ ብረት ማይክሮስትራክቸር ምስረታ ውስብስብ በሆነ የጥንካሬ-ሞዱሌትድ pulsed laser ምንጭ በመጠቀም በሙከራ ተመርምሯል።
በሌዘር መቅለጥ ዞን ውስጥ የእህል መጠን መቀነስ የተገኘው ከ1፣ 3 ወይም 5 ማለፊያዎች በኋላ በተከታታይ የሌዘር መቅለጥ ምክንያት ነው።
ማክሮስኮፒክ ሞዴሊንግ እንደሚያሳየው የአልትራሳውንድ መበስበስ በጠንካራው ግንባር ላይ አዎንታዊ ተጽዕኖ ሊያሳድር የሚችልበት ክልል የሚገመተው መጠን እስከ \(1~\text {mm}\) ነው።
በማይክሮስኮፕ የተሰራው የMD ሞዴል የ AISI 316 ኦስቲኒቲክ አይዝጌ ብረት የምርት ጥንካሬ ወደ መቅለጥ ነጥብ አቅራቢያ ወደ \(40~\text {MPa}\) በከፍተኛ ሁኔታ ቀንሷል።
የተገኙት ውጤቶች ውስብስብ በሆነ ሞዱላድ ሌዘር ማቀነባበሪያ በመጠቀም የቁሳቁሶችን ማይክሮ መዋቅር ለመቆጣጠር የሚያስችል ዘዴን ይጠቁማሉ እና የ pulsed SLM ቴክኒክ አዳዲስ ማሻሻያዎችን ለመፍጠር መሰረት ሆኖ ሊያገለግል ይችላል።
ሊዩ፣ ዋይ. እና ሌሎችም። በሌዘር መራጭ ማቅለጥ የሚደረጉ የኢንሲቱ TiB2/AlSi10Mg ውህዶች ማይክሮስትራክቸራል ዝግመተ ለውጥ እና ሜካኒካል ባህሪያት [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021)።
ጋኦ፣ ኤስ. እና ሌሎችም። የ316 ሊትር አይዝጌ ብረት የሌዘር መራጭ ማቅለጥ እንደገና ክሪስታላይዜሽን የእህል ወሰን ምህንድስና [ጄ]። የአልማ ማተር ጆርናል.200፣ 366–377።https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020)።
ቼን፣ ኤክስ. እና ኪዩ፣ ሲ. በሌዘር-ቀለጠ የቲታኒየም አሎይስ በሌዘር እንደገና በማሞቅ የተሻሻለ የሳንድዊች ማይክሮስትራክቸርስ በቦታ ውስጥ ልማት። science.Rep. 10፣ 15870።https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020)።
አዛርኒያ፣ ኤ. እና ሌሎችም። የቲ-6አል-4ቪ ክፍሎችን በሌዘር ብረት ክምችት (LMD) ተጨማሪ ማምረቻ፡ ሂደት፣ ማይክሮስትራክቸር እና ሜካኒካል ባህሪያት። ጄ. አሎይስ.compound.804፣ 163–191።https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019)።
ኩማራ፣ ሲ. እና ሌሎችም። የሌዘር ብረት ዱቄት ማይክሮስትራክቸራል ሞዴሊንግ የዳይሬክትድ አሎይ 718 የኃይል ክምችት። ወደ.manufacture.25፣ 357–364 ያክሉ።https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019)።
ቡሲ፣ ኤም. እና ሌሎችም። በሌዘር ሾክ የታከሙ ተጨማሪ የተመረቱ ናሙናዎችን የሚያሳይ የፓራሜትሪክ ኒውትሮን ብራግ ኤጅ ኢሜጂንግ ጥናት። 11፣ 14919።https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021)።
ታን፣ ኤክስ. እና ሌሎችም። በኤሌክትሮን ጨረር መቅለጥ የተመረተው የቲ-6አል-4V ተጨማሪ ቅልመት ማይክሮስትራክቸር እና ሜካኒካል ባህሪያት። አልማ ሜተር ጆርናል.97፣ 1-16።https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015)።