Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili isključite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stiliziranja i JavaScripta.
Predložen je novi mehanizam zasnovan na selektivnom laserskom topljenju za kontrolu mikrostrukture proizvoda u proizvodnom procesu. Mehanizam se oslanja na generiranje ultrazvučnih valova visokog intenziteta u rastopljenom sloju pomoću kompleksnog laserskog zračenja moduliranog intenziteta. Eksperimentalne studije i numeričke simulacije pokazuju da je ovaj mehanizam kontrole tehnički izvodljiv i da se može efikasno integrirati u dizajn modernih mašina za selektivno lasersko topljenje.
Aditivna proizvodnja (AM) dijelova složenog oblika značajno je porasla posljednjih decenija. Međutim, uprkos raznolikosti procesa aditivne proizvodnje, uključujući selektivno lasersko topljenje (SLM)1,2,3, direktno lasersko taloženje metala4,5,6, topljenje elektronskim snopom7,8 i druge9,10, dijelovi mogu biti neispravni. To je uglavnom zbog specifičnih karakteristika procesa očvršćavanja rastopljenog sloja povezanih s visokim termičkim gradijentima, visokim brzinama hlađenja i složenošću ciklusa zagrijavanja u materijalima za topljenje i pretapanje11, što dovodi do epitaksijalnog rasta zrna i značajne poroznosti12,13. Rezultati pokazuju da je potrebno kontrolirati termalne gradijente, brzine hlađenja i sastav legure ili primijeniti dodatne fizičke udare putem vanjskih polja različitih svojstava (npr. ultrazvuk) kako bi se postigle fine jednakoosne strukture zrna.
Brojne publikacije se bave utjecajem vibracijske obrade na proces skrućivanja u konvencionalnim procesima livenja14,15. Međutim, primjena vanjskog polja na rastopljene materijale ne proizvodi željenu mikrostrukturu materijala. Ako je volumen tekuće faze mali, situacija se dramatično mijenja. U ovom slučaju, vanjsko polje značajno utječe na proces skrućivanja. Elektromagnetski efekti su razmatrani tokom intenzivnih akustičnih polja16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, miješanja lukom28 i osciliranja29, pulsirajućih plazma lukova30,31 i drugih metoda32. Pričvrstite na podlogu pomoću vanjskog ultrazvučnog izvora visokog intenziteta (na 20 kHz). Pročišćavanje zrna izazvano ultrazvukom pripisuje se povećanoj zoni pothlađenja sastava zbog smanjenog temperaturnog gradijenta i pojačanja ultrazvuka za generiranje novih kristalita putem kavitacije.
U ovom radu istražili smo mogućnost promjene strukture zrna austenitnih nehrđajućih čelika sonikacijom rastopljenog bazena zvučnim valovima koje generira sam laser za topljenje. Modulacija intenziteta laserskog zračenja koje pada na medij koji apsorbira svjetlost rezultira generiranjem ultrazvučnih valova, koji mijenjaju mikrostrukturu materijala. Ova modulacija intenziteta laserskog zračenja može se lako integrirati u postojeće SLM 3D printere. Eksperimenti u ovom radu provedeni su na pločama od nehrđajućeg čelika čije su površine bile izložene laserskom zračenju moduliranog intenziteta. Dakle, tehnički se vrši laserska površinska obrada. Međutim, ako se takva laserska obrada izvodi na površini svakog sloja, tokom nakupljanja sloj po sloj, postižu se efekti na cijelom volumenu ili na odabranim dijelovima volumena. Drugim riječima, ako se dio konstruira sloj po sloj, laserska površinska obrada svakog sloja je ekvivalentna "laserskoj volumenskoj obradi".
Dok se kod ultrazvučne terapije zasnovane na ultrazvučnoj rogovima, ultrazvučna energija stojnog zvučnog talasa distribuira po cijeloj komponenti, dok je laserski indukovani ultrazvučni intenzitet visoko koncentrisan blizu tačke gdje se lasersko zračenje apsorbuje. Korištenje sonotrode u SLM mašini za fuziju praha je komplikovano jer gornja površina praha izložena laserskom zračenju treba da ostane nepokretna. Pored toga, nema mehaničkog naprezanja na gornjoj površini dijela. Stoga je akustično naprezanje blizu nule, a brzina čestica ima maksimalnu amplitudu na cijeloj gornjoj površini dijela. Zvučni pritisak unutar cijelog rastopljenog bazena ne može prelaziti 0,1% maksimalnog pritiska koji generiše glava za zavarivanje, jer je talasna dužina ultrazvučnih talasa frekvencije od 20 kHz u nehrđajućem čeliku ≈ 0,3 m, a dubina je obično manja od ≈ 0,3 mm. Stoga, uticaj ultrazvuka na kavitaciju može biti mali.
Treba napomenuti da je upotreba laserskog zračenja moduliranog intenziteta u direktnom laserskom taloženju metala aktivno područje istraživanja35,36,37,38.
Termički efekat laserskog zračenja koje pada na medij je osnova za gotovo sve laserske tehnike 39, 40 za obradu materijala, kao što su rezanje41, zavarivanje, kaljenje, bušenje42, čišćenje površina, legiranje površina, poliranje površina43, itd. Izum lasera podstakao je novi razvoj tehnika obrade materijala, a preliminarni rezultati su sažeti u brojnim pregledima i monografijama44,45,46.
Treba napomenuti da svako nestacionarno djelovanje na medij, uključujući djelovanje lasera na apsorbirajući medij, rezultira pobuđivanjem akustičnih valova u njemu s većom ili manjom efikasnošću. U početku je glavni fokus bio na laserskom pobuđivanju valova u tekućinama i različitim termičkim mehanizmima pobuđivanja zvuka (termičko širenje, isparavanje, promjena volumena tokom faznog prijelaza, kontrakcija itd.) 47, 48, 49. Brojne monografije 50, 51, 52 pružaju teorijske analize ovog procesa i njegovih mogućih praktičnih primjena.
Ova pitanja su naknadno razmatrana na raznim konferencijama, a laserska ekscitacija ultrazvuka ima primjenu i u industrijskim primjenama laserske tehnologije53 i u medicini54. Stoga se može smatrati da je uspostavljen osnovni koncept procesa kojim pulsirajuća laserska svjetlost djeluje na apsorbirajući medij. Laserska ultrazvučna inspekcija se koristi za otkrivanje defekata uzoraka proizvedenih SLM-om55,56.
Učinak laserski generiranih udarnih valova na materijale osnova je laserskog udarnog ojačanja57,58,59, koje se također koristi za površinsku obradu aditivno proizvedenih dijelova60. Međutim, lasersko udarno ojačanje je najefikasnije na nanosekundnim laserskim impulsima i mehanički opterećenim površinama (npr. sa slojem tekućine)59 jer mehaničko opterećenje povećava vršni pritisak.
Eksperimenti su provedeni kako bi se istražili mogući efekti različitih fizičkih polja na mikrostrukturu očvrslih materijala. Funkcionalni dijagram eksperimentalne postavke prikazan je na Slici 1. Korišten je pulsirajući Nd:YAG laser u čvrstom stanju koji radi u režimu slobodnog rada (trajanje impulsa \(τ _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )). Svaki laserski impuls prolazi kroz niz filtera neutralne gustoće i sistem ploča za razdjeljivanje snopa. Ovisno o kombinaciji filtera neutralne gustoće, energija impulsa na meti varira od \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) do \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). Laserski snop reflektiran od razdjelnika snopa dovodi se do fotodiode za istovremeno prikupljanje podataka, a dva kalorimetra (fotodiode s dugim vremenom odziva većim od \(1~\text {ms}\)\) koriste se za određivanje upadnog i reflektiranog snopa, te dva mjerača snage (fotodiode s kratkim odzivom puta\(<10~\text {ns}\)) za određivanje upadne i reflektirane optičke snage. Kalorimetri i mjerači snage kalibrirani su da daju vrijednosti u apsolutnim jedinicama korištenjem termopilnog detektora Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 i dielektričnog ogledala postavljenog na mjestu uzorka. Fokusirajte snop na metu pomoću sočiva (antirefleksni premaz na \(1,06 \upmu \text {m}\), žarišna daljina \(160~\text {mm}\)) i struka snopa na površini mete 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Funkcionalni shematski dijagram eksperimentalne postavke: 1—laser; 2—laserski snop; 3—filter neutralne gustoće; 4—sinhronizirana fotodioda; 5—razdjelnik snopa; 6—dijafragma; 7—kalorimetar upadnog snopa; 8 — kalorimetar reflektiranog snopa; 9 — mjerač snage upadnog snopa; 10 — mjerač snage reflektiranog snopa; 11 — fokusirajuća leća; 12 — ogledalo; 13 — uzorak; 14 — širokopojasni piezoelektrični pretvarač; 15 — 2D konvertor; 16 — mikrokontroler za pozicioniranje; 17 — jedinica za sinhronizaciju; 18 — višekanalni digitalni akvizicijski sistem s različitim brzinama uzorkovanja; 19 — personalni računar.
Ultrazvučni tretman se provodi na sljedeći način. Laser radi u režimu slobodnog rada; stoga je trajanje laserskog impulsa \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), što se sastoji od višestrukih trajanja od približno \(1.5~\upmu \text {s } \) \). Vremenski oblik laserskog impulsa i njegov spektar sastoje se od niskofrekventne omotača i visokofrekventne modulacije, sa prosječnom frekvencijom od oko \(0.7~\text {MHz}\), kao što je prikazano na slici 2. - Frekvencijski omotač obezbjeđuje zagrijavanje i naknadno topljenje i isparavanje materijala, dok visokofrekventna komponenta obezbjeđuje ultrazvučne vibracije zbog fotoakustičnog efekta. Oblik talasa ultrazvučnog impulsa generisanog laserom uglavnom je određen vremenskim oblikom intenziteta laserskog impulsa. Frekvencija je od 7 kHz do 2 MHz, a centralna frekvencija je 0,7 MHz. Akustični impulsi usljed fotoakustičkog efekta snimljeni su korištenjem širokopojasnih piezoelektričnih pretvarača napravljenih od poliviniliden fluoridnih filmova. Snimljeni talasni oblik i njegov spektar prikazani su na slici 2. Treba napomenuti da je oblik laserskih impulsa tipičan za laser sa slobodnim radom.
Vremenska distribucija intenziteta laserskog impulsa (a) i brzine zvuka na zadnjoj površini uzorka (b), spektri laserskog impulsa (c) i ultrazvučnog impulsa (d) usrednjeni na preko 300 laserskih impulsa (crvena krivulja) za jedan laserski impuls (plava krivulja).
Jasno možemo razlikovati niskofrekventne i visokofrekventne komponente akustične obrade koje odgovaraju niskofrekventnoj omotaču laserskog impulsa i visokofrekventnoj modulaciji, respektivno. Talasne dužine akustičnih talasa generisanih omotačem laserskog impulsa prelaze 40 cm; stoga se očekuje glavni uticaj širokopojasnih visokofrekventnih komponenti akustičnog signala na mikrostrukturu.
Fizički procesi u SLM-u su složeni i odvijaju se istovremeno na različitim prostornim i vremenskim skalama. Stoga su višeskalne metode najprikladnije za teorijsku analizu SLM-a. Matematički modeli bi u početku trebali biti višefizički. Mehanika i termofizika višefaznog medija "čvrsto-tekuća talina" koja interaguje sa atmosferom inertnog gasa tada se mogu efikasno opisati. Karakteristike termalnih opterećenja materijala u SLM-u su sljedeće.
Brzine zagrijavanja i hlađenja do 10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ zbog lokaliziranog laserskog zračenja s gustoćama snage do 10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Ciklus topljenja i očvršćavanja traje između 1 i 10 ms, što doprinosi brzom očvršćavanju zone topljenja tokom hlađenja.
Brzo zagrijavanje površine uzorka rezultira stvaranjem visokih termoelastičnih napona u površinskom sloju. Dovoljan dio (do 20%) sloja praha se snažno isparava63, što rezultira dodatnim opterećenjem pritiskom na površinu kao odgovor na lasersku ablaciju. Posljedično, inducirani napon značajno iskrivljuje geometriju dijela, posebno u blizini nosača i tankih strukturnih elemenata. Visoka brzina zagrijavanja kod pulsirajućeg laserskog žarenja rezultira generiranjem ultrazvučnih valova napona koji se šire od površine do podloge. Kako bi se dobili tačni kvantitativni podaci o lokalnoj raspodjeli napona i napona, izvodi se mezoskopska simulacija problema elastične deformacije konjugirane s prijenosom topline i mase.
Upravljačke jednačine modela uključuju (1) nestacionarne jednačine prijenosa topline gdje toplinska provodljivost ovisi o faznom stanju (prah, talina, polikristalni materijal) i temperaturi, (2) fluktuacije elastične deformacije nakon ablacije kontinuuma i jednačinu termoelastične ekspanzije. Granični problem određen je eksperimentalnim uvjetima. Modulirani laserski fluks definiran je na površini uzorka. Konvektivno hlađenje uključuje konduktivnu izmjenu topline i isparavajući fluks. Maseni fluks definiran je na temelju proračuna zasićenog tlaka pare isparavajućeg materijala. Koristi se elastoplastični odnos napona i deformacije gdje je termoelastični napon proporcionalan temperaturnoj razlici. Za nominalnu snagu \(300~\text {W}\), frekvenciju \(10^5~\text {Hz}\), intermitentni koeficijent 100 i \(200~\upmu \text {m}\) efektivnog promjera snopa.
Slika 3 prikazuje rezultate numeričke simulacije rastopljene zone korištenjem makroskopskog matematičkog modela. Prečnik zone fuzije je 200~\upmu \text {m}\) (100~\upmu \text {m}\) poluprečnik) i 40~\upmu \text {m}\) dubina. Rezultati simulacije pokazuju da se površinska temperatura lokalno mijenja s vremenom kao 100~\text {K}\) zbog visokog intermitentnog faktora pulsne modulacije. Brzine zagrijavanja \(V_h\) i hlađenja \(V_c\) su reda veličine \(10^7\) i \(10^6~\text {K}/\text {s}\), respektivno. Ove vrijednosti su u dobrom skladu s našom prethodnom analizom64. Razlika reda veličine između \(V_h\) i \(V_c\) rezultira brzim pregrijavanjem površinskog sloja, gdje je toplotna provodljivost do podloge nedovoljna za odvođenje toplote. Stoga, pri \(t=26~\upmu \text Površinska temperatura dostiže vrhunac od \(4800~\text {K}\). Snažno isparavanje materijala može uzrokovati da površina uzorka bude izložena prekomjernom pritisku i da se ljušti.
Rezultati numeričke simulacije zone topljenja žarenja jednim laserskim impulsom na uzorku ploče 316L. Vrijeme od početka impulsa do maksimalne vrijednosti dubine rastopljenog bazena je \(180~\upmu\text {s}\). Izoterma\(T = T_L = 1723~\text {K}\) predstavlja granicu između tekuće i čvrste faze. Izobare (žute linije) odgovaraju naponu tečenja izračunatom kao funkcija temperature u sljedećem odjeljku. Stoga, u domenu između dvije izolinije (izoterme\(T=T_L\) i izobare\(\sigma =\sigma _V(T)\)\), čvrsta faza je izložena jakim mehaničkim opterećenjima, što može dovesti do promjena u mikrostrukturi.
Ovaj efekat je dalje objašnjen na Slici 4a, gdje je nivo pritiska u rastopljenoj zoni prikazan kao funkcija vremena i udaljenosti od površine. Prvo, ponašanje pritiska je povezano sa modulacijom intenziteta laserskog impulsa opisanog na Slici 2 iznad. Maksimalni pritisak (s) od oko 10⁻¹ MPa uočen je pri oko t=26⁻¹ mu. Drugo, fluktuacija lokalnog pritiska u kontrolnoj tački ima iste karakteristike oscilacije kao i frekvencija od 500⁻¹ kHz. To znači da se ultrazvučni talasi pritiska generišu na površini, a zatim se šire u podlogu.
Izračunate karakteristike zone deformacije u blizini zone topljenja prikazane su na slici 4b. Laserska ablacija i termoelastični napon generiraju elastične deformacijske valove koji se šire u podlogu. Kao što se može vidjeti na slici, postoje dvije faze generiranja napona. Tokom prve faze od t < 40~\upmu \text {s}\), Misesov napon raste do \(8~\text {MPa}\) s modulacijom sličnom površinskom pritisku. Ovaj napon nastaje zbog laserske ablacije i nije uočen termoelastični napon u kontrolnim tačkama jer je početna zona utjecaja topline bila premala. Kada se toplina rasipa u podlogu, kontrolna tačka generira visoki termoelastični napon iznad \(40~\text {MPa}\).
Dobijeni modulirani nivoi napona imaju značajan utjecaj na granicu čvrsto-tekućina i mogu biti kontrolni mehanizam koji upravlja putem skrućivanja. Veličina zone deformacije je 2 do 3 puta veća od veličine zone topljenja. Kao što je prikazano na slici 3, porede se lokacija izoterme topljenja i nivo napona jednak granici tečenja. To znači da pulsno lasersko zračenje pruža visoka mehanička opterećenja u lokaliziranim područjima s efektivnim promjerom između 300 i 800~\upmu \text {m}\) ovisno o trenutnom vremenu.
Stoga, kompleksna modulacija pulsirajućeg laserskog žarenja dovodi do ultrazvučnog efekta. Put selekcije mikrostrukture je drugačiji u poređenju sa SLM-om bez ultrazvučnog opterećenja. Deformisana nestabilna područja dovode do periodičnih ciklusa kompresije i istezanja u čvrstoj fazi. Na taj način, formiranje novih granica zrna i granica podzrna postaje izvodljivo. Stoga se mikrostrukturna svojstva mogu namjerno mijenjati, kao što je prikazano u nastavku. Dobijeni zaključci pružaju mogućnost dizajniranja prototipa SLM-a indukovanog pulsnom modulacijom, pokretanog ultrazvukom. U ovom slučaju, piezoelektrični induktor 26 koji se koristi negdje drugdje može se isključiti.
(a) Pritisak kao funkcija vremena, izračunat na različitim udaljenostima od površine 0, 20 i 40~ m duž ose simetrije. (b) Vremenski zavisni Von Misesov napon izračunat u čvrstoj matrici na udaljenostima 70, 120 i 170~ m od površine uzorka.
Eksperimenti su provedeni na pločama od nehrđajućeg čelika AISI 321H dimenzija 20 x 5 mm. Nakon svakog laserskog impulsa, ploča se pomiče za 50 m, a struk laserskog snopa na ciljanoj površini je oko 100 m. Izvodi se do pet uzastopnih prolaza snopa duž iste staze kako bi se izazvalo ponovno topljenje obrađenog materijala radi pročišćavanja zrna. U svim slučajevima, zona ponovnog topljenja je sonicirana, ovisno o oscilatornoj komponenti laserskog zračenja. To rezultira smanjenjem prosječne površine zrna za više od 5 puta. Slika 5 prikazuje kako se mikrostruktura laserski otopljenog područja mijenja s brojem sljedećih ciklusa ponovnog topljenja (prolaza).
Podgrafikoni (a, d, g, j) i (b, e, h, k) – mikrostruktura laserski rastopljenih područja, podgrafikoni (c, f, i, l) – površinska distribucija obojenih zrna. Sjenčanje predstavlja čestice korištene za izračunavanje histograma. Boje odgovaraju područjima zrna (pogledajte traku boja na vrhu histograma). Podgrafikoni (ac) odgovaraju netretiranom nehrđajućem čeliku, a podgrafikoni (df), (gi), (jl) odgovaraju 1, 3 i 5 pretopljenja.
Budući da se energija laserskog impulsa ne mijenja između sljedećih prolaza, dubina rastopljene zone je ista. Dakle, sljedeći kanal potpuno "prekriva" prethodni. Međutim, histogram pokazuje da se srednja i medijalna površina zrna smanjuje s povećanjem broja prolaza. To može ukazivati ​​na to da laser djeluje na podlogu, a ne na rastopljeni materijal.
Profinjenje zrna može biti uzrokovano brzim hlađenjem rastopljenog bazena65. Izveden je još jedan set eksperimenata u kojima su površine ploča od nehrđajućeg čelika (321H i 316L) bile izložene kontinuiranom laserskom zračenju u atmosferi (slika 6) i vakuumu (slika 7). Prosječna snaga lasera (300 W i 100 W, respektivno) i dubina rastopljenog bazena bliske su eksperimentalnim rezultatima Nd:YAG lasera u slobodnom radu. Međutim, uočena je tipična stupčasta struktura.
Mikrostruktura laserski rastopljenog područja lasera kontinuiranog vala (konstantna snaga 300 W, brzina skeniranja 200 mm/s, nehrđajući čelik AISI 321H).
(a) Mikrostruktura i (b) slike difrakcije povratnog raspršenja elektrona laserski rastopljenog područja u vakuumu s kontinuiranim laserom (konstantna snaga 100 W, brzina skeniranja 200 mm/s, nehrđajući čelik AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Stoga je jasno pokazano da kompleksna modulacija intenziteta laserskog impulsa ima značajan utjecaj na rezultirajuću mikrostrukturu. Vjerujemo da je ovaj učinak mehaničke prirode i da se javlja zbog stvaranja ultrazvučnih vibracija koje se šire od ozračene površine taline duboko u uzorak. Slični rezultati dobiveni su u 13, 26, 34, 66, 67 korištenjem vanjskih piezoelektričnih pretvarača i sonotroda koji pružaju ultrazvuk visokog intenziteta u različitim materijalima, uključujući leguru Ti-6Al-4V 26 i nehrđajući čelik 34. Mogući mehanizam se nagađa na sljedeći način. Intenzivan ultrazvuk može uzrokovati akustičnu kavitaciju, što je demonstrirano u ultrabrzom in situ sinhrotronskom rendgenskom snimanju. Kolaps kavitacijskih mjehurića zauzvrat generira udarne valove u rastopljenom materijalu, čiji prednji pritisak doseže oko 100 MPa 69. Takvi udarni valovi mogu biti dovoljno jaki da potaknu stvaranje jezgara čvrste faze kritične veličine u rasutim tekućinama, narušavajući tipičnu stupčastu strukturu zrna sloj po sloj. aditivna proizvodnja.
Ovdje predlažemo još jedan mehanizam odgovoran za strukturnu modifikaciju intenzivnom sonikacijom. Odmah nakon skrućivanja, materijal je na visokoj temperaturi blizu tačke topljenja i ima izuzetno nisku granicu tečenja. Intenzivni ultrazvučni talasi mogu uzrokovati da plastični tok promijeni strukturu zrna vrućeg, tek skrućenog materijala. Međutim, pouzdani eksperimentalni podaci o temperaturnoj zavisnosti granice tečenja dostupni su na \(T\lessim 1150~\text {K}\) (vidi Sliku 8). Stoga smo, da bismo testirali ovu hipotezu, izvršili simulacije molekularne dinamike (MD) Fe-Cr-Ni sastava sličnog čeliku AISI 316 L kako bismo procijenili ponašanje granice tečenja blizu tačke topljenja. Za izračunavanje granice tečenja koristili smo tehniku ​​relaksacije napona smicanja MD detaljno opisanu u 70, 71, 72, 73. Za proračune međuatomske interakcije koristili smo ugrađeni atomski model (EAM) iz 74. MD simulacije su izvršene korištenjem LAMMPS kodova 75,76. Detalji MD simulacija bit će objavljeni na drugom mjestu. Rezultati MD proračuna Napon tečenja kao funkcija temperature prikazan je na Sl. 8 zajedno s dostupnim eksperimentalnim podacima i drugim procjenama 77,78,79,80,81,82.
Granica tečenja za austenitni nehrđajući čelik AISI klase 316 i sastav modela u odnosu na temperaturu za MD simulacije. Eksperimentalna mjerenja iz referenci: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. Pogledajte. (f)82 je empirijski model zavisnosti granice tečenja od temperature za mjerenje napona u liniji tokom laserski potpomognute aditivne proizvodnje. Rezultati MD simulacija velikih razmjera u ovoj studiji označeni su kao \(\vartriangleleft\) za beskonačni monokristal bez defekata i \(\vartriangleright\) za konačna zrna uzimajući u obzir prosječnu veličinu zrna putem Hall-Petchove relacije Dimenzije\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Može se vidjeti da pri T>1500 K napon tečenja pada ispod 40 MPa. S druge strane, procjene predviđaju da laserski generirana ultrazvučna amplituda prelazi 40 MPa (vidi sliku 4b), što je dovoljno da izazove plastično tečenje u vrućem materijalu koji se upravo očvrsnuo.
Formiranje mikrostrukture austenitnog nerđajućeg čelika 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) tokom SLM eksperimentalno je istraženo korištenjem kompleksnog impulsnog laserskog izvora moduliranog intenziteta.
Smanjenje veličine zrna u zoni laserskog topljenja utvrđeno je zbog kontinuiranog laserskog topljenja nakon 1, 3 ili 5 prolaza.
Makroskopsko modeliranje pokazuje da je procijenjena veličina područja gdje ultrazvučna deformacija može pozitivno utjecati na front skrućivanja do \(1~\text {mm}\).
Mikroskopski MD model pokazuje da je granica tečenja austenitnog nehrđajućeg čelika AISI 316 značajno smanjena na \(40~\text {MPa}\) blizu tačke topljenja.
Dobijeni rezultati ukazuju na metodu za kontrolu mikrostrukture materijala korištenjem kompleksne modulirane laserske obrade i mogli bi poslužiti kao osnova za stvaranje novih modifikacija pulsirajuće SLM tehnike.
Liu, Y. i dr. Mikrostrukturna evolucija i mehanička svojstva in situ TiB2/AlSi10Mg kompozita dobijenih laserskim selektivnim topljenjem [J]. J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. i dr. Inženjering granica zrna rekristalizacije laserskog selektivnog topljenja nehrđajućeg čelika 316L [J]. Journal of Alma Mater. 200, 366–377. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Razvoj sendvič mikrostruktura sa poboljšanom duktilnošću in situ laserskim ponovnim zagrijavanjem laserski rastopljenih legura titana. science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. i dr. Aditivna proizvodnja Ti-6Al-4V dijelova laserskim nanošenjem metala (LMD): proces, mikrostruktura i mehanička svojstva. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. i dr. Mikrostrukturno modeliranje laserskog metalnog praha usmjerenog energetskog nanošenja legure 718. Add to.manufacture.25, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. i dr. Parametrijska neutronska Bragg-ova studija snimanja ivica aditivno proizvedenih uzoraka tretiranih laserskim udarnim udarom. science. Rep. 11, 14919. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. i dr. Gradijentna mikrostruktura i mehanička svojstva Ti-6Al-4V aditivnog materijala izrađenog topljenjem elektronskim snopom. Alma Mater Journal. 97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).