Nature.com পরিদর্শন করার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি যে ব্রাউজার সংস্করণটি ব্যবহার করছেন তাতে CSS-এর জন্য সীমিত সমর্থন রয়েছে। সেরা অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি আপডেট করা ব্রাউজার ব্যবহার করার পরামর্শ দিচ্ছি (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে সামঞ্জস্যতা মোড বন্ধ করুন)। ইতিমধ্যে, অব্যাহত সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই সাইটটি প্রদর্শন করব।
উৎপাদন প্রক্রিয়ায় পণ্যের মাইক্রোস্ট্রাকচার নিয়ন্ত্রণের জন্য নির্বাচনী লেজার গলানোর উপর ভিত্তি করে একটি নতুন প্রক্রিয়া প্রস্তাব করা হয়েছে। এই প্রক্রিয়াটি জটিল তীব্রতা-মডুলেটেড লেজার বিকিরণের মাধ্যমে গলিত পুলে উচ্চ-তীব্রতার অতিস্বনক তরঙ্গ তৈরির উপর নির্ভর করে। পরীক্ষামূলক গবেষণা এবং সংখ্যাসূচক সিমুলেশনগুলি দেখায় যে এই নিয়ন্ত্রণ প্রক্রিয়াটি প্রযুক্তিগতভাবে সম্ভব এবং আধুনিক নির্বাচনী লেজার গলানোর মেশিনের নকশায় কার্যকরভাবে সংহত করা যেতে পারে।
জটিল আকৃতির অংশগুলির সংযোজন উৎপাদন (AM) সাম্প্রতিক দশকগুলিতে উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে। তবে, নির্বাচনী লেজার গলানো (SLM)1,2,3, সরাসরি লেজার ধাতু জমানো4,5,6, ইলেকট্রন রশ্মি গলানো7,8 এবং অন্যান্য9,10 সহ বিভিন্ন ধরণের সংযোজন উৎপাদন প্রক্রিয়া সত্ত্বেও, অংশগুলি ত্রুটিপূর্ণ হতে পারে। এটি মূলত উচ্চ তাপীয় গ্রেডিয়েন্ট, উচ্চ শীতলকরণ হার এবং উপাদান 11 গলানো এবং পুনরায় গলানোর ক্ষেত্রে তাপ চক্রের জটিলতার সাথে যুক্ত গলিত পুল দৃঢ়ীকরণ প্রক্রিয়ার নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে, যা এপিট্যাক্সিয়াল শস্য বৃদ্ধি এবং উল্লেখযোগ্য ছিদ্রের দিকে পরিচালিত করে। 12,13 দেখিয়েছে যে সূক্ষ্ম সমতুল্য শস্য কাঠামো অর্জনের জন্য তাপীয় গ্রেডিয়েন্ট, শীতলকরণ হার এবং খাদ গঠন নিয়ন্ত্রণ করা, অথবা আল্ট্রাসাউন্ডের মতো বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যের বহিরাগত ক্ষেত্র দ্বারা অতিরিক্ত শারীরিক শক প্রয়োগ করা প্রয়োজন।
প্রচলিত ঢালাই প্রক্রিয়ায় কম্পন চিকিৎসার প্রভাব নিয়ে অসংখ্য প্রকাশনা উদ্বিগ্ন 14,15। তবে, একটি বাল্ক গলানোর জন্য একটি বাহ্যিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করলে কাঙ্ক্ষিত উপাদানের মাইক্রোস্ট্রাকচার তৈরি হয় না। যদি তরল পর্যায়ের আয়তন কম হয়, তাহলে পরিস্থিতি নাটকীয়ভাবে পরিবর্তিত হয়। এই ক্ষেত্রে, বাহ্যিক ক্ষেত্রটি দৃঢ়ীকরণ প্রক্রিয়াকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে। তীব্র শব্দ ক্ষেত্র 16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, চাপ আলোড়ন 28 এবং দোলন 29, স্পন্দিত প্লাজমা আর্ক 30,31 এর সময় ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক প্রভাব 32 এবং অন্যান্য পদ্ধতি 32 বিবেচনা করা হয়েছে। একটি বহিরাগত উচ্চ-তীব্রতা আল্ট্রাসাউন্ড উৎস (20 kHz এ) ব্যবহার করে সাবস্ট্রেটের সাথে সংযুক্ত করুন। আল্ট্রাসাউন্ড-প্ররোচিত শস্য পরিশোধন হ্রাসকৃত তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট এবং গহ্বরের মাধ্যমে নতুন স্ফটিক তৈরি করার জন্য আল্ট্রাসাউন্ড বর্ধনের কারণে বর্ধিত গঠনমূলক সাবকুলিং জোনের জন্য দায়ী।
এই কাজে, আমরা অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিলের শস্য কাঠামো পরিবর্তনের সম্ভাবনা অনুসন্ধান করেছি, যা গলিত লেজার দ্বারা উৎপন্ন শব্দ তরঙ্গ দিয়ে গলিত পুলকে সোনিকেটেড করে তৈরি করা যেতে পারে। আলো-শোষণকারী মাধ্যমের উপর লেজার বিকিরণ ঘটনার তীব্রতা মড্যুলেশনের ফলে অতিস্বনক তরঙ্গ তৈরি হয়, যা উপাদানের মাইক্রোস্ট্রাকচারকে পরিবর্তন করে। লেজার বিকিরণের এই তীব্রতা মড্যুলেশন সহজেই বিদ্যমান SLM 3D প্রিন্টারে একত্রিত করা যেতে পারে। এই কাজের পরীক্ষাগুলি স্টেইনলেস স্টিল প্লেটগুলিতে করা হয়েছিল যার পৃষ্ঠগুলি তীব্রতা-মডুলেটেড লেজার বিকিরণের সংস্পর্শে এসেছিল। সুতরাং, প্রযুক্তিগতভাবে, লেজার পৃষ্ঠ চিকিত্সা করা হয়। যাইহোক, যদি এই জাতীয় লেজার চিকিত্সা প্রতিটি স্তরের পৃষ্ঠে করা হয়, স্তর-স্তর তৈরির সময়, সমগ্র আয়তনের উপর বা আয়তনের নির্বাচিত অংশগুলিতে প্রভাব অর্জন করা হয়। অন্য কথায়, যদি অংশটি স্তর-স্তর তৈরি করা হয়, তবে প্রতিটি স্তরের লেজার পৃষ্ঠ চিকিত্সা "লেজার ভলিউম চিকিত্সা" এর সমতুল্য।
যেখানে অতিস্বনক হর্ন-ভিত্তিক অতিস্বনক থেরাপিতে, স্থায়ী শব্দ তরঙ্গের অতিস্বনক শক্তি সমগ্র উপাদান জুড়ে বিতরণ করা হয়, অন্যদিকে লেজার-প্ররোচিত অতিস্বনক তীব্রতা লেজার বিকিরণ শোষিত হয় এমন বিন্দুর কাছে অত্যন্ত ঘনীভূত হয়। একটি SLM পাউডার বেড ফিউশন মেশিনে একটি সোনোট্রোড ব্যবহার করা জটিল কারণ লেজার বিকিরণের সংস্পর্শে আসা পাউডার বেডের উপরের পৃষ্ঠটি স্থির থাকা উচিত। উপরন্তু, অংশের উপরের পৃষ্ঠে কোনও যান্ত্রিক চাপ থাকে না। অতএব, শাব্দিক চাপ শূন্যের কাছাকাছি এবং অংশের পুরো উপরের পৃষ্ঠের উপর কণার বেগের সর্বাধিক প্রশস্ততা থাকে। সমগ্র গলিত পুলের ভিতরে শব্দ চাপ ওয়েল্ডিং হেড দ্বারা উৎপন্ন সর্বাধিক চাপের 0.1% অতিক্রম করতে পারে না, কারণ স্টেইনলেস স্টিলে 20 kHz ফ্রিকোয়েন্সি সহ অতিস্বনক তরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্য \(\sim 0.3~\text {m}\), এবং গভীরতা সাধারণত \(\sim 0.3~\text {mm}\ এর চেয়ে কম হয়। অতএব, গহ্বরের উপর আল্ট্রাসাউন্ডের প্রভাব কম হতে পারে।
এটি লক্ষ করা উচিত যে সরাসরি লেজার ধাতু জমাতে তীব্রতা-মডুলেটেড লেজার বিকিরণের ব্যবহার গবেষণার একটি সক্রিয় ক্ষেত্র 35,36,37,38।
মাধ্যমের উপর লেজার বিকিরণের তাপীয় প্রভাব প্রায় সকল উপাদান প্রক্রিয়াকরণ লেজার কৌশল 39, 40 এর ভিত্তি, যেমন কাটা 41, ঢালাই, শক্ত করা, ড্রিলিং 42, পৃষ্ঠ পরিষ্কার করা, পৃষ্ঠের সংকরকরণ, পৃষ্ঠ পলিশিং 43, ইত্যাদি। উপকরণ প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তি এবং অনেক পর্যালোচনা এবং মনোগ্রাফ 44, 45, 46 এ প্রাথমিক ফলাফলের সংক্ষিপ্তসার।
এটি লক্ষ করা উচিত যে শোষণকারী মাধ্যমের উপর লেসিং ক্রিয়া সহ, মাধ্যমের উপর যেকোনো অ-স্থির ক্রিয়া, এতে কমবেশি দক্ষতার সাথে শাব্দ তরঙ্গের উত্তেজনার সৃষ্টি করে। প্রাথমিকভাবে, মূল ফোকাস ছিল তরল পদার্থে তরঙ্গের লেজার উত্তেজনা এবং শব্দের বিভিন্ন তাপীয় উত্তেজনা প্রক্রিয়ার উপর (তাপীয় সম্প্রসারণ, বাষ্পীভবন, পর্যায় পরিবর্তনের সময় আয়তনের পরিবর্তন, সংকোচন ইত্যাদি) 47, 48, 49। অসংখ্য মনোগ্রাফ 50, 51, 52 এই প্রক্রিয়া এবং এর সম্ভাব্য ব্যবহারিক প্রয়োগের তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ প্রদান করে।
এই বিষয়গুলি পরবর্তীতে বিভিন্ন সম্মেলনে আলোচনা করা হয়েছিল, এবং আল্ট্রাসাউন্ডের লেজার উত্তেজনা লেজার প্রযুক্তির শিল্প প্রয়োগে 53 এবং চিকিৎসা ক্ষেত্রে 54 উভয় ক্ষেত্রেই প্রয়োগ করা হয়েছে। অতএব, এটি বিবেচনা করা যেতে পারে যে স্পন্দিত লেজার আলো একটি শোষণকারী মাধ্যমের উপর কাজ করে এমন প্রক্রিয়ার মৌলিক ধারণাটি প্রতিষ্ঠিত হয়েছে। SLM-নির্মিত নমুনার ত্রুটি সনাক্তকরণের জন্য লেজার আল্ট্রাসাউন্ড পরিদর্শন ব্যবহার করা হয় 55,56।
লেজার-উত্পাদিত শক ওয়েভের উপাদানের উপর প্রভাব হল লেজার শক পিনিং57,58,59 এর ভিত্তি, যা সংযোজনীয়ভাবে তৈরি যন্ত্রাংশের পৃষ্ঠ চিকিত্সার জন্যও ব্যবহৃত হয়60। তবে, লেজার শক শক্তিশালীকরণ ন্যানোসেকেন্ড লেজার পালস এবং যান্ত্রিকভাবে লোড করা পৃষ্ঠগুলিতে (যেমন, তরলের স্তর সহ)59 সবচেয়ে কার্যকর কারণ যান্ত্রিক লোডিং সর্বোচ্চ চাপ বৃদ্ধি করে।
কঠিন পদার্থের মাইক্রোস্ট্রাকচারের উপর বিভিন্ন ভৌত ক্ষেত্রের সম্ভাব্য প্রভাব তদন্ত করার জন্য পরীক্ষা-নিরীক্ষা করা হয়েছিল। পরীক্ষামূলক সেটআপের কার্যকরী চিত্র চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে। একটি স্পন্দিত Nd:YAG সলিড-স্টেট লেজার যা ফ্রি-রানিং মোডে কাজ করে (পালস সময়কাল \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ ))। প্রতিটি লেজার পালস নিরপেক্ষ ঘনত্ব ফিল্টার এবং একটি বিম স্প্লিটার প্লেট সিস্টেমের মধ্য দিয়ে যায়। নিরপেক্ষ ঘনত্ব ফিল্টারের সংমিশ্রণের উপর নির্ভর করে, লক্ষ্যবস্তুর উপর পালস শক্তি \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) থেকে \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) পর্যন্ত পরিবর্তিত হয়। বিম স্প্লিটার থেকে প্রতিফলিত লেজার রশ্মি একযোগে ডেটা অর্জনের জন্য একটি ফটোডায়োডে খাওয়ানো হয়, এবং দুটি ক্যালোরিমিটার (\(1~\text {ms}\) এর বেশি দীর্ঘ প্রতিক্রিয়া সময় সহ ফটোডায়োড) লক্ষ্যবস্তুর ঘটনা এবং প্রতিফলন নির্ধারণ করতে ব্যবহৃত হয়, এবং দুটি পাওয়ার মিটার (ছোট সহ ফটোডায়োড) ঘটনা এবং প্রতিফলিত অপটিক্যাল শক্তি নির্ধারণের জন্য প্রতিক্রিয়া সময়\(<10~\text {ns}\)। একটি থার্মোপাইল ডিটেক্টর Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 এবং নমুনা অবস্থানে স্থাপিত একটি ডাইইলেক্ট্রিক আয়না ব্যবহার করে পরম ইউনিটে মান দেওয়ার জন্য ক্যালোরিমিটার এবং পাওয়ার মিটারগুলিকে ক্যালিব্রেট করা হয়েছিল। একটি লেন্স (\(1.06 \upmu \text {m}\) এ অ্যান্টিরিফ্লেকশন আবরণ, ফোকাল দৈর্ঘ্য \(160~\text {mm}\)) এবং লক্ষ্য পৃষ্ঠে 60– \(100~\upmu\text {m}\) একটি বিম কোমর ব্যবহার করে লক্ষ্যবস্তুর উপর রশ্মি ফোকাস করুন।
পরীক্ষামূলক সেটআপের কার্যকরী পরিকল্পিত চিত্র: ১—লেজার; ২—লেজার বিম; ৩—নিরপেক্ষ ঘনত্ব ফিল্টার; ৪—সিঙ্ক্রোনাইজড ফটোডায়োড; ৫—বিম স্প্লিটার; ৬—ডায়াফ্রাম; ৭—ইনসিডেন্ট বিমের ক্যালরিমিটার; ৮—প্রতিফলিত বিমের ক্যালরিমিটার; ৯—ইনসিডেন্ট বিম পাওয়ার মিটার; ১০—প্রতিফলিত বিম পাওয়ার মিটার; ১১—ফোকাসিং লেন্স; ১২—আয়না; ১৩—নমুনা; ১৪—ব্রডব্যান্ড পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডিউসার; ১৫—২ডি কনভার্টার; ১৬—পজিশনিং মাইক্রোকন্ট্রোলার; ১৭—সিঙ্ক্রোনাইজেশন ইউনিট; ১৮—বিভিন্ন নমুনা হার সহ মাল্টি-চ্যানেল ডিজিটাল অধিগ্রহণ সিস্টেম; ১৯—ব্যক্তিগত কম্পিউটার।
অতিস্বনক চিকিৎসা নিম্নরূপ করা হয়। লেজারটি ফ্রি-রানিং মোডে কাজ করে; তাই লেজার পালসের সময়কাল \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), যার মধ্যে প্রায় \(1.5~\upmu \text {s } \) প্রতিটির একাধিক সময়কাল থাকে। লেজার পালস এবং এর বর্ণালীর টেম্পোরাল আকৃতি একটি নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি খাম এবং একটি উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি মড্যুলেশন নিয়ে গঠিত, যার গড় ফ্রিকোয়েন্সি প্রায় \(0.7~\text {MHz}\), যেমন চিত্র 2-তে দেখানো হয়েছে।- ফ্রিকোয়েন্সি খাম উপাদানটির উত্তাপ এবং পরবর্তী গলে যাওয়া এবং বাষ্পীভবন প্রদান করে, যখন উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি উপাদানটি ফটোঅ্যাকোস্টিক প্রভাবের কারণে অতিস্বনক কম্পন প্রদান করে। লেজার দ্বারা উৎপন্ন অতিস্বনক পালসের তরঙ্গরূপ মূলত লেজার পালসের তীব্রতার সময় আকৃতি দ্বারা নির্ধারিত হয়। এটি \(7~\text {kHz}\) থেকে \ (2~\text {MHz}\) পর্যন্ত, এবং কেন্দ্রের ফ্রিকোয়েন্সি \(~ 0.7~\text {MHz}\)। পলিভিনাইলিডিন ফ্লোরাইড ফিল্ম দিয়ে তৈরি ব্রডব্যান্ড পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডিউসার ব্যবহার করে ফটোঅ্যাকোস্টিক এফেক্টের কারণে অ্যাকোস্টিক স্পন্দন রেকর্ড করা হয়েছিল। রেকর্ড করা তরঙ্গরূপ এবং এর বর্ণালী চিত্র 2 এ দেখানো হয়েছে। এটি লক্ষ করা উচিত যে লেজার পালসের আকৃতি একটি ফ্রি-রানিং মোড লেজারের মতো।
নমুনার পিছনের পৃষ্ঠে লেজার পালসের তীব্রতা (a) এবং শব্দের বেগ (b) এর সাময়িক বন্টন, একটি একক লেজার পালসের বর্ণালী (নীল বক্ররেখা) (c) এবং একটি আল্ট্রাসাউন্ড পালসের (d) গড় 300 টিরও বেশি লেজার পালস (লাল বক্ররেখা) ছিল।
আমরা স্পষ্টভাবে লেজার পালসের নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি খাম এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি মড্যুলেশনের সাথে সম্পর্কিত অ্যাকোস্টিক ট্রিটমেন্টের নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি উপাদানগুলিকে আলাদা করতে পারি। লেজার পালস খাম দ্বারা উৎপন্ন অ্যাকোস্টিক তরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্য \(40~\text {cm}\) অতিক্রম করে; অতএব, মাইক্রোস্ট্রাকচারের উপর অ্যাকোস্টিক সিগন্যালের ব্রডব্যান্ড উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি উপাদানগুলির প্রধান প্রভাব প্রত্যাশিত।
SLM-এর ভৌত প্রক্রিয়াগুলি জটিল এবং বিভিন্ন স্থানিক এবং সময়গত স্কেলে একই সাথে ঘটে। অতএব, SLM-এর তাত্ত্বিক বিশ্লেষণের জন্য বহু-স্কেল পদ্ধতি সবচেয়ে উপযুক্ত। গাণিতিক মডেলগুলি প্রাথমিকভাবে বহু-ভৌত হওয়া উচিত। একটি নিষ্ক্রিয় গ্যাস বায়ুমণ্ডলের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে এমন একটি বহু-পর্যায়ের মাধ্যমের "কঠিন-তরল গলিত" এর যান্ত্রিকতা এবং তাপপদার্থবিদ্যা কার্যকরভাবে বর্ণনা করা যেতে পারে। SLM-এ উপাদান তাপীয় লোডের বৈশিষ্ট্যগুলি নিম্নরূপ।
স্থানীয় লেজার বিকিরণের কারণে তাপ এবং শীতলকরণের হার \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ পর্যন্ত, যার শক্তি ঘনত্ব \(10^{13}~\text {W} cm}^2\) পর্যন্ত।
গলনা-ঘনীকরণ চক্রটি 1 থেকে \(10~\text {ms}) এর মধ্যে স্থায়ী হয়, যা শীতলকরণের সময় গলনা অঞ্চলের দ্রুত ঘনীকরণে অবদান রাখে।
নমুনা পৃষ্ঠের দ্রুত উত্তাপের ফলে পৃষ্ঠ স্তরে উচ্চ থার্মোইলাস্টিক চাপ তৈরি হয়। পাউডার স্তরের পর্যাপ্ত (20% পর্যন্ত) অংশটি দৃঢ়ভাবে বাষ্পীভূত হয়63, যার ফলে লেজার অ্যাবলেশনের প্রতিক্রিয়ায় পৃষ্ঠের উপর অতিরিক্ত চাপের বোঝা তৈরি হয়। ফলস্বরূপ, প্ররোচিত স্ট্রেন অংশের জ্যামিতিকে উল্লেখযোগ্যভাবে বিকৃত করে, বিশেষ করে সাপোর্ট এবং পাতলা কাঠামোগত উপাদানগুলির কাছাকাছি। স্পন্দিত লেজার অ্যানিলিংয়ে উচ্চ তাপের হারের ফলে অতিস্বনক স্ট্রেন তরঙ্গ তৈরি হয় যা পৃষ্ঠ থেকে সাবস্ট্রেটে ছড়িয়ে পড়ে। স্থানীয় চাপ এবং স্ট্রেন বিতরণের সঠিক পরিমাণগত তথ্য পেতে, তাপ এবং ভর স্থানান্তরের সাথে সংযুক্ত ইলাস্টিক বিকৃতি সমস্যার একটি মেসোস্কোপিক সিমুলেশন করা হয়।
মডেলের নিয়ন্ত্রক সমীকরণগুলির মধ্যে রয়েছে (১) অস্থির তাপ স্থানান্তর সমীকরণ যেখানে তাপ পরিবাহিতা ফেজ অবস্থা (পাউডার, গলিত, পলিক্রিস্টালাইন) এবং তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, (২) ধারাবাহিক বিমোচন এবং থার্মোইলাস্টিক সম্প্রসারণ সমীকরণের পরে স্থিতিস্থাপক বিকৃতিতে ওঠানামা। সীমানা মান সমস্যা পরীক্ষামূলক অবস্থার দ্বারা নির্ধারিত হয়। নমুনা পৃষ্ঠে মড্যুলেটেড লেজার ফ্লাক্স সংজ্ঞায়িত করা হয়। পরিবাহী শীতলকরণে পরিবাহী তাপ বিনিময় এবং বাষ্পীভবন প্রবাহ অন্তর্ভুক্ত থাকে। বাষ্পীভবনকারী উপাদানের স্যাচুরেটেড বাষ্প চাপের গণনার উপর ভিত্তি করে ভর প্রবাহ সংজ্ঞায়িত করা হয়। যেখানে থার্মোইলাস্টিক চাপ তাপমাত্রার পার্থক্যের সমানুপাতিক হয় সেখানে ইলাস্টোপ্লাস্টিক স্ট্রেস-স্ট্রেন সম্পর্ক ব্যবহার করা হয়। নামমাত্র শক্তির জন্য \(300~\text {W}\), ফ্রিকোয়েন্সি \(10^5~\text {Hz}\), অন্তর্বর্তী সহগ 100 এবং \(200~\upmu \text {m}\ ) কার্যকর রশ্মির ব্যাসের জন্য।
চিত্র ৩-এ একটি ম্যাক্রোস্কোপিক গাণিতিক মডেল ব্যবহার করে গলিত জোনের সংখ্যাসূচক সিমুলেশনের ফলাফল দেখানো হয়েছে। ফিউশন জোনের ব্যাস \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) ব্যাসার্ধ) এবং \(40~\upmu \text {m}\) গভীরতা। সিমুলেশনের ফলাফল দেখায় যে পালস মড্যুলেশনের উচ্চ বিরতিহীন ফ্যাক্টরের কারণে পৃষ্ঠের তাপমাত্রা স্থানীয়ভাবে সময়ের সাথে সাথে \(100~\text {K}\) হিসাবে পরিবর্তিত হয়। উত্তাপ \(V_h\) এবং শীতলকরণ \(V_c\) হার যথাক্রমে \(10^7\) এবং \(10^6~\text {K}/\text {s}\) এর ক্রম অনুসারে। এই মানগুলি আমাদের পূর্ববর্তী বিশ্লেষণের সাথে ভালভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ। \(V_h\) এবং \(V_c\) এর মধ্যে মাত্রার পার্থক্যের ফলে পৃষ্ঠ স্তর দ্রুত অতিরিক্ত গরম হয়, যেখানে সাবস্ট্রেটে তাপীয় পরিবাহিতা তাপ অপসারণের জন্য অপর্যাপ্ত। অতএব, \(t=26~\upmu \text {s}\) পৃষ্ঠের তাপমাত্রা \(4800~\text {K}\) পর্যন্ত সর্বোচ্চে পৌঁছায়। উপাদানের তীব্র বাষ্পীভবনের ফলে নমুনা পৃষ্ঠটি অত্যধিক চাপের শিকার হতে পারে এবং খোসা ছাড়িয়ে যেতে পারে।
৩১৬L নমুনা প্লেটে একক লেজার পালস অ্যানিলিংয়ের গলনাঙ্কীয় সিমুলেশন ফলাফল। পালসের শুরু থেকে গলিত পুলের গভীরতা পর্যন্ত সর্বোচ্চ মান পৌঁছানোর সময় হল \(180~\upmu\text {s}\)। আইসোথার্ম\(T = T_L = 1723~\text {K}\) তরল এবং কঠিন পর্যায়ের মধ্যে সীমানা প্রতিনিধিত্ব করে। আইসোবার (হলুদ রেখা) পরবর্তী বিভাগে তাপমাত্রার ফাংশন হিসাবে গণনা করা ফলন চাপের সাথে মিলে যায়। অতএব, দুটি আইসোলাইনের (আইসোথার্ম\(T=T_L\) এবং আইসোবার\(\sigma =\sigma _V(T)\)) মধ্যে ডোমেনে, কঠিন পর্যায়ে শক্তিশালী যান্ত্রিক লোডের শিকার হয়, যা মাইক্রোস্ট্রাকচারে পরিবর্তন আনতে পারে।
এই প্রভাবটি চিত্র 4a তে আরও ব্যাখ্যা করা হয়েছে, যেখানে গলিত অঞ্চলে চাপের স্তর পৃষ্ঠ থেকে সময় এবং দূরত্বের ফাংশন হিসাবে প্লট করা হয়েছে। প্রথমত, চাপের আচরণ উপরে চিত্র 2 তে বর্ণিত লেজার পালস তীব্রতার মড্যুলেশনের সাথে সম্পর্কিত। প্রায় \(t=26~\upmu এ প্রায় \(10~\text {MPa}\) সর্বোচ্চ চাপ \text{s}\) পরিলক্ষিত হয়েছিল। দ্বিতীয়ত, নিয়ন্ত্রণ বিন্দুতে স্থানীয় চাপের ওঠানামা \(500~\text {kHz}\ এর ফ্রিকোয়েন্সির মতো একই দোলন বৈশিষ্ট্য ধারণ করে। এর অর্থ হল অতিস্বনক চাপ তরঙ্গ পৃষ্ঠে উৎপন্ন হয় এবং তারপর সাবস্ট্রেটে ছড়িয়ে পড়ে।
গলনা অঞ্চলের কাছাকাছি বিকৃতি অঞ্চলের গণনা করা বৈশিষ্ট্যগুলি চিত্র 4b-তে দেখানো হয়েছে। লেজার অ্যাবলেশন এবং থার্মোইলাস্টিক স্ট্রেস স্থিতিস্থাপক বিকৃতি তরঙ্গ তৈরি করে যা সাবস্ট্রেটে ছড়িয়ে পড়ে। চিত্র থেকে দেখা যাচ্ছে, স্ট্রেস জেনারেশনের দুটি পর্যায় রয়েছে। \(t < 40~\upmu \text {s}\ এর প্রথম পর্যায়ে, মাইসেস স্ট্রেস \(8~\text {MPa}\) পর্যন্ত বৃদ্ধি পায় এবং পৃষ্ঠের চাপের অনুরূপ মড্যুলেশন হয়। লেজার অ্যাবলেশনের কারণে এই স্ট্রেস ঘটে এবং নিয়ন্ত্রণ বিন্দুগুলিতে কোনও থার্মোইলাস্টিক স্ট্রেস পরিলক্ষিত হয়নি কারণ প্রাথমিক তাপ-প্রভাবিত অঞ্চলটি খুব ছোট ছিল। যখন তাপ সাবস্ট্রেটে ছড়িয়ে দেওয়া হয়, তখন নিয়ন্ত্রণ বিন্দু \(40~\text {MPa}\) এর উপরে উচ্চ থার্মোইলাস্টিক স্ট্রেস তৈরি করে।
প্রাপ্ত মডুলেটেড স্ট্রেস লেভেলগুলি কঠিন-তরল ইন্টারফেসের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে এবং এটি দৃঢ়ীকরণ পথকে নিয়ন্ত্রণকারী নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা হতে পারে। বিকৃতি জোনের আকার গলনা জোনের তুলনায় 2 থেকে 3 গুণ বড়। চিত্র 3-তে দেখানো হয়েছে, গলনা আইসোথার্মের অবস্থান এবং ফলন চাপের সমান স্ট্রেস লেভেল তুলনা করা হয়েছে। এর অর্থ হল স্পন্দিত লেজার ইরেডিয়েশন তাৎক্ষণিক সময়ের উপর নির্ভর করে 300 এবং \(800~\upmu \text {m}\) এর মধ্যে কার্যকর ব্যাস সহ স্থানীয় এলাকায় উচ্চ যান্ত্রিক লোড প্রদান করে।
অতএব, পালসড লেজার অ্যানিলিংয়ের জটিল মড্যুলেশন অতিস্বনক প্রভাবের দিকে পরিচালিত করে। অতিস্বনক লোডিং ছাড়াই SLM এর সাথে তুলনা করলে মাইক্রোস্ট্রাকচার নির্বাচনের পথটি ভিন্ন। বিকৃত অস্থির অঞ্চলগুলি কঠিন পর্যায়ে সংকোচন এবং প্রসারিতের পর্যায়ক্রমিক চক্রের দিকে পরিচালিত করে। এইভাবে, নতুন শস্য সীমানা এবং উপ-গ্রেন সীমানা গঠন সম্ভব হয়ে ওঠে। অতএব, মাইক্রোস্ট্রাকচারাল বৈশিষ্ট্যগুলি ইচ্ছাকৃতভাবে পরিবর্তন করা যেতে পারে, যেমনটি নীচে দেখানো হয়েছে। প্রাপ্ত সিদ্ধান্তগুলি একটি পালস মড্যুলেশন-প্ররোচিত আল্ট্রাসাউন্ড-চালিত SLM প্রোটোটাইপ ডিজাইন করার সম্ভাবনা প্রদান করে। এই ক্ষেত্রে, অন্য কোথাও ব্যবহৃত পাইজোইলেকট্রিক ইন্ডাক্টর 26 বাদ দেওয়া যেতে পারে।
(a) সময়ের ফাংশন হিসেবে চাপ, প্রতিসাম্যের অক্ষ বরাবর 0, 20 এবং \(40~\upmu \text {m}\) পৃষ্ঠ থেকে বিভিন্ন দূরত্বে গণনা করা হয়। (b) নমুনা পৃষ্ঠ থেকে 70, 120 এবং \(170~\upmu \text {m}\) দূরত্বে একটি কঠিন ম্যাট্রিক্সে গণনা করা সময়-নির্ভর ভন মাইসেস চাপ।
AISI 321H স্টেইনলেস স্টিল প্লেটগুলিতে \(20\times 20\times 5~\text {mm}\) মাত্রা সহ পরীক্ষা-নিরীক্ষা করা হয়েছিল। প্রতিটি লেজার পালসের পরে, প্লেটটি \(50~\upmu \text {m}\) সরে যায় এবং লক্ষ্য পৃষ্ঠে লেজার বিমের কোমর প্রায় \(100~\upmu \text {m}\) হয়। শস্য পরিশোধনের জন্য প্রক্রিয়াজাত উপাদানের পুনঃগলন প্ররোচিত করার জন্য একই ট্র্যাক বরাবর পরবর্তী পাঁচটি পর্যন্ত বিম পাস করা হয়। সমস্ত ক্ষেত্রে, লেজার বিকিরণের দোলক উপাদানের উপর নির্ভর করে পুনঃগলিত অঞ্চলটি সোনিকেটেড করা হয়েছিল। এর ফলে গড় শস্যক্ষেত্র 5 গুণেরও বেশি হ্রাস পায়। চিত্র 5 দেখায় যে লেজার-গলিত অঞ্চলের মাইক্রোস্ট্রাকচার পরবর্তী পুনঃগলন চক্রের (পাস) সংখ্যার সাথে কীভাবে পরিবর্তিত হয়।
উপ-প্লট (a,d,g,j) এবং (b,e,h,k) - লেজার গলানো অঞ্চলের মাইক্রোস্ট্রাকচার, উপ-প্লট (c,f,i,l) - রঙিন শস্যের ক্ষেত্রফল বন্টন। ছায়াকরণ হিস্টোগ্রাম গণনা করতে ব্যবহৃত কণাগুলিকে প্রতিনিধিত্ব করে। রঙগুলি শস্য অঞ্চলের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ (হিস্টোগ্রামের শীর্ষে রঙ বারটি দেখুন। উপ-প্লট (ac) অপরিশোধিত স্টেইনলেস স্টিলের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, এবং উপ-প্লট (df), (gi), (jl) 1, 3 এবং 5 রিমেল্টের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ।
যেহেতু পরবর্তী পাসগুলির মধ্যে লেজারের পালস শক্তি পরিবর্তিত হয় না, তাই গলিত জোনের গভীরতা একই থাকে। সুতরাং, পরবর্তী চ্যানেলটি পূর্ববর্তী চ্যানেলটিকে সম্পূর্ণরূপে "আচ্ছাদন" করে। যাইহোক, হিস্টোগ্রাম দেখায় যে পাসের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে গড় এবং মধ্যম শস্য ক্ষেত্রফল হ্রাস পায়। এটি ইঙ্গিত দিতে পারে যে লেজারটি গলিত হওয়ার পরিবর্তে সাবস্ট্রেটের উপর কাজ করছে।
গলিত পুলের দ্রুত শীতলতার কারণে শস্য পরিশোধন হতে পারে65। আরেকটি পরীক্ষা-নিরীক্ষা করা হয়েছিল যেখানে স্টেইনলেস স্টিলের প্লেটের (321H এবং 316L) পৃষ্ঠতল বায়ুমণ্ডলে (চিত্র 6) এবং ভ্যাকুয়ামে (চিত্র 7) অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গ লেজার বিকিরণের সংস্পর্শে এসেছিল। গড় লেজার শক্তি (যথাক্রমে 300 W এবং 100 W) এবং গলিত পুলের গভীরতা Nd:YAG লেজারের ফ্রি-রানিং মোডে পরীক্ষামূলক ফলাফলের কাছাকাছি। তবে, একটি সাধারণ স্তম্ভাকার কাঠামো লক্ষ্য করা গেছে।
একটি অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গ লেজারের লেজার-গলিত অঞ্চলের মাইক্রোস্ট্রাকচার (300 ওয়াট ধ্রুবক শক্তি, 200 মিমি/সেকেন্ড স্ক্যান গতি, AISI 321H স্টেইনলেস স্টিল)।
(ক) মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং (খ) ভ্যাকুয়াম কন্টিনিউয়াস ওয়েভ লেজারের লেজার গলানোর জোনের ইলেকট্রন ব্যাকস্ক্যাটার ডিফ্রাকশন ইমেজ (ধ্রুবক শক্তি 100 ওয়াট, স্ক্যানিং গতি 200 মিমি/সেকেন্ড, AISI 316L স্টেইনলেস স্টিল) \ (\sim 2~\text {mbar }\)।
অতএব, এটি স্পষ্টভাবে দেখানো হয়েছে যে লেজার পালসের তীব্রতার জটিল মড্যুলেশন ফলে উৎপন্ন মাইক্রোস্ট্রাকচারের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। আমরা বিশ্বাস করি যে এই প্রভাবটি যান্ত্রিক প্রকৃতির এবং নমুনার গভীরে গলিত পদার্থের বিকিরণিত পৃষ্ঠ থেকে প্রচারিত অতিস্বনক কম্পনের উৎপন্ন হওয়ার কারণে ঘটে। 13, 26, 34, 66, 67-তে Ti-6Al-4V অ্যালয় 26 এবং স্টেইনলেস স্টিল 34 সহ বিভিন্ন উপকরণে উচ্চ-তীব্রতার আল্ট্রাসাউন্ড সরবরাহকারী বহিরাগত পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডুসার এবং সোনোট্রোড ব্যবহার করে অনুরূপ ফলাফল পাওয়া গেছে। সম্ভাব্য প্রক্রিয়াটি নিম্নরূপ অনুমান করা হয়েছে। তীব্র আল্ট্রাসাউন্ড অ্যাকোস্টিক ক্যাভিটেশন সৃষ্টি করতে পারে, যেমনটি অতি দ্রুত ইন সিটু সিঙ্ক্রোট্রন এক্স-রে ইমেজিংয়ে প্রদর্শিত হয়েছে। ক্যাভিটেশন বুদবুদের পতনের ফলে গলিত পদার্থে শক ওয়েভ তৈরি হয়, যার সামনের চাপ প্রায় \(100~\text {MPa}\)69 পর্যন্ত পৌঁছায়। এই ধরনের শক ওয়েভগুলি বাল্ক তরলগুলিতে সমালোচনামূলক আকারের কঠিন-ফেজ নিউক্লিয়াস গঠনের প্রচার করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী হতে পারে, যা সাধারণ কলামার শস্য কাঠামোকে ব্যাহত করে। স্তরে স্তরে সংযোজন উৎপাদনের।
এখানে, আমরা তীব্র সোনিকেশনের মাধ্যমে কাঠামোগত পরিবর্তনের জন্য দায়ী আরেকটি প্রক্রিয়া প্রস্তাব করছি। দৃঢ়ীকরণের পরপরই উপাদানটি গলনাঙ্কের কাছাকাছি উচ্চ তাপমাত্রায় থাকে এবং অত্যন্ত কম ফলন চাপ থাকে। তীব্র অতিস্বনক তরঙ্গ প্লাস্টিক প্রবাহকে সদ্য শক্ত হওয়া গরম উপাদানের শস্য কাঠামো পরিবর্তন করতে পারে। যাইহোক, ফলন চাপের তাপমাত্রা নির্ভরতার উপর নির্ভরযোগ্য পরীক্ষামূলক তথ্য \(T\lesssim 1150~\text {K}\) এ পাওয়া যায় (চিত্র 8 দেখুন)। অতএব, অনুমান পরীক্ষা করার জন্য, আমরা গলনাঙ্কের কাছাকাছি ফলন চাপ আচরণ মূল্যায়ন করার জন্য AISI 316 L ইস্পাতের অনুরূপ Fe-Cr-Ni রচনার আণবিক গতিবিদ্যা (MD) সিমুলেশনগুলি সম্পাদন করেছি। ফলন চাপ গণনা করার জন্য, আমরা 70, 71, 72, 73 এ বিশদভাবে MD শিয়ার স্ট্রেস রিলাক্সেশন কৌশল ব্যবহার করেছি। আন্তঃপারমাণবিক মিথস্ক্রিয়া গণনার জন্য, আমরা 74 থেকে এমবেডেড অ্যাটমিক মডেল (EAM) ব্যবহার করেছি। LAMMPS কোড 75,76 ব্যবহার করে MD সিমুলেশনগুলি সম্পাদিত হয়েছিল। MD সিমুলেশনের বিশদ বিবরণ অন্য কোথাও প্রকাশিত হবে। MD গণনার ফলাফল তাপমাত্রার ফাংশন হিসেবে ফলন চাপ চিত্র 8-এ দেখানো হয়েছে, উপলব্ধ পরীক্ষামূলক তথ্য এবং অন্যান্য মূল্যায়নের সাথে 77,78,79,80,81,82।
AISI গ্রেড 316 অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিলের জন্য ফলন চাপ এবং MD সিমুলেশনের জন্য তাপমাত্রা বনাম মডেল গঠন। রেফারেন্স থেকে পরীক্ষামূলক পরিমাপ: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. দেখুন।(f)82 হল লেজার-সহায়তাপ্রাপ্ত সংযোজন উত্পাদনের সময় ইন-লাইন স্ট্রেস পরিমাপের জন্য ফলন চাপ-তাপমাত্রা নির্ভরতার একটি অভিজ্ঞতামূলক মডেল। এই গবেষণায় বৃহৎ-স্কেল MD সিমুলেশন ফলাফলগুলিকে ত্রুটি-মুক্ত অসীম একক স্ফটিকের জন্য \(\vartriangleft\) এবং হল-পেচ সম্পর্কের মাধ্যমে গড় শস্যের আকার বিবেচনা করে সসীম শস্যের জন্য \(\vartriangleright\) হিসাবে চিহ্নিত করা হয়েছে। মাত্রা\(d = 50~\upmu \text {m}\)।
দেখা যায় যে \(T>1500~\text {K}\) এ ফলনের চাপ \(40~\text {MPa}\ এর নিচে নেমে যায়। অন্যদিকে, অনুমান অনুযায়ী লেজার-উত্পাদিত অতিস্বনক প্রশস্ততা \(40~\text {MPa}\) অতিক্রম করে (চিত্র 4b দেখুন), যা গরম পদার্থে প্লাস্টিক প্রবাহ প্ররোচিত করার জন্য যথেষ্ট।
SLM-এর সময় 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিলের মাইক্রোস্ট্রাকচার গঠন পরীক্ষামূলকভাবে একটি জটিল তীব্রতা-মডুলেটেড পালসড লেজার উৎস ব্যবহার করে তদন্ত করা হয়েছিল।
১, ৩ অথবা ৫টি পাসের পর ক্রমাগত লেজার রিমেল্টিংয়ের কারণে লেজার গলানোর অঞ্চলে শস্যের আকার হ্রাস পাওয়া গেছে।
ম্যাক্রোস্কোপিক মডেলিং দেখায় যে যে অঞ্চলের আল্ট্রাসনিক বিকৃতি দৃঢ়ীকরণের সম্মুখভাগকে ইতিবাচকভাবে প্রভাবিত করতে পারে তার আনুমানিক আকার \(1~\text {mm}\) পর্যন্ত।
মাইক্রোস্কোপিক MD মডেলটি দেখায় যে AISI 316 অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিলের ফলন শক্তি গলনাঙ্কের কাছাকাছি উল্লেখযোগ্যভাবে \(40~\text {MPa}\) এ হ্রাস পেয়েছে।
প্রাপ্ত ফলাফলগুলি জটিল মডুলেটেড লেজার প্রক্রিয়াকরণ ব্যবহার করে উপকরণের মাইক্রোস্ট্রাকচার নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি পদ্ধতির পরামর্শ দেয় এবং স্পন্দিত SLM কৌশলের নতুন পরিবর্তন তৈরির ভিত্তি হিসেবে কাজ করতে পারে।
লিউ, ওয়াই. এট আল। লেজার সিলেক্টিভ গলানোর মাধ্যমে ইন সিটু TiB2/AlSi10Mg কম্পোজিটগুলির মাইক্রোস্ট্রাকচারাল বিবর্তন এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য [J].J. Alloys.compound.853, 157287। https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021)।
গাও, এস. এট আল। ৩১৬ লিটার স্টেইনলেস স্টিলের লেজার সিলেক্টিভ গলানোর পুনঃক্রিস্টালাইজেশন গ্রেন বাউন্ডারি ইঞ্জিনিয়ারিং [জে]। জার্নাল অফ আলমা মেটার.২০০, ৩৬৬–৩৭৭। https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (২০২০)।
চেন, এক্স. এবং কিউ, সি. লেজার-গলিত টাইটানিয়াম অ্যালয়গুলির লেজার রিহিটিং দ্বারা বর্ধিত নমনীয়তা সহ স্যান্ডউইচ মাইক্রোস্ট্রাকচারের ইন সিটু ডেভেলপমেন্ট। বিজ্ঞান। প্রতিনিধি 10, 15870। https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020)।
আজারনিয়া, এ. প্রমুখ। লেজার মেটাল ডিপোজিশন (LMD) দ্বারা Ti-6Al-4V যন্ত্রাংশের সংযোজনীয় উৎপাদন: প্রক্রিয়া, মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য। J. Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019)।
কুমারা, সি. প্রমুখ। অ্যালয় 718-এর লেজার মেটাল পাউডার নির্দেশিত শক্তি জমার মাইক্রোস্ট্রাকচারাল মডেলিং। যোগ করুন.manufacture.25, 357–364। https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019)।
বুসি, এম. এট আল। লেজার শক দ্বারা চিকিত্সা করা সংযোজনীয়ভাবে তৈরি নমুনার প্যারামেট্রিক নিউট্রন ব্র্যাগ এজ ইমেজিং স্টাডি পিনিং.সায়েন্স.প্রতিনিধি ১১, ১৪৯১৯।https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021)।
ট্যান, এক্স. ইত্যাদি। ইলেকট্রন রশ্মি গলানোর মাধ্যমে সংযোজনীয়ভাবে তৈরি Ti-6Al-4V এর গ্রেডিয়েন্ট মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য। Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015)।