Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon sa browser nga imong gigamit adunay limitado nga suporta para sa CSS. Para sa pinakamaayong kasinatian, among girekomendar nga mogamit ka og updated nga browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Samtang, aron masiguro ang padayon nga suporta, among ipakita ang site nga walay mga style ug JavaScript.
Usa ka bag-ong mekanismo nga gibase sa selective laser melting aron makontrol ang microstructure sa mga produkto sa proseso sa paggama ang gisugyot. Ang mekanismo nagsalig sa pagmugna og high-intensity ultrasonic waves sa tinunaw nga pool pinaagi sa komplikado nga intensity-modulated laser irradiation. Ang mga eksperimental nga pagtuon ug numerical simulations nagpakita nga kini nga mekanismo sa pagkontrol teknikal nga mahimo ug mahimong epektibo nga i-integrate sa disenyo sa modernong selective laser melting machines.
Ang additive manufacturing (AM) sa mga komplikado nga porma sa mga parte mitubo pag-ayo sa bag-ohay nga mga dekada. Bisan pa, bisan pa sa lain-laing mga proseso sa additive manufacturing, lakip ang selective laser melting (SLM)1,2,3, direktang laser metal deposition4,5,6, electron beam melting7,8 ug uban pa9,10, ang mga Parts mahimong depektoso. Kini kasagaran tungod sa piho nga mga kinaiya sa proseso sa solidification sa molten pool nga nalangkit sa taas nga thermal gradients, taas nga cooling rates, ug ang pagkakomplikado sa mga heating cycle sa pagtunaw ug pagtunaw pag-usab sa materyal11, nga mosangpot sa epitaxial grain growth ug significant porosity. 12,13 nagpakita nga gikinahanglan ang pagkontrol sa thermal gradients, cooling rates, ug alloy composition, o pag-apply og dugang nga physical shocks pinaagi sa external fields nga adunay lain-laing mga kabtangan, sama sa ultrasound, aron makab-ot ang pino nga equiaxed grain structures.
Daghang mga publikasyon ang nabalaka sa epekto sa vibration treatment sa proseso sa solidification sa naandan nga mga proseso sa casting14,15. Bisan pa, ang pag-apply sa usa ka external field sa usa ka bulk melt dili makahatag sa gitinguha nga microstructure sa materyal. Kung gamay ra ang volume sa liquid phase, ang sitwasyon mausab pag-ayo. Niini nga kaso, ang external field makaapekto pag-ayo sa proseso sa solidification. Ang grabe nga sound fields16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, arc stirring28 ug oscillation29, electromagnetic effects atol sa pulsed plasma arcs30,31 ug uban pang mga pamaagi32 gikonsiderar. I-attach sa substrate gamit ang usa ka external high-intensity ultrasound source (sa 20 kHz). Ang ultrasound-induced grain refinement gipahinungod sa dugang nga constitutive subcooling zone tungod sa pagkunhod sa temperature gradient ug ultrasound enhancement aron makamugna og bag-ong mga crystallite pinaagi sa cavitation.
Niini nga trabaho, among gisusi ang posibilidad sa pag-usab sa istruktura sa lugas sa austenitic stainless steels pinaagi sa pag-sonicate sa tinunaw nga pool gamit ang mga sound wave nga namugna sa melting laser mismo. Ang intensity modulation sa laser radiation incident sa light-absorbing medium moresulta sa pagmugna og ultrasonic waves, nga makausab sa microstructure sa materyal. Kini nga intensity modulation sa laser radiation dali nga ma-integrate sa kasamtangang SLM 3D printers. Ang mga eksperimento niini nga trabaho gihimo sa mga stainless steel plate kansang mga nawong naladlad sa intensity-modulated laser radiation. Busa, sa teknikal nga paagi, gihimo ang laser surface treatment. Bisan pa, kung ang ingon nga laser treatment gihimo sa ibabaw sa matag layer, atol sa layer-by-layer build-up, makab-ot ang mga epekto sa tibuuk nga volume o sa pinili nga mga bahin sa volume. Sa laing pagkasulti, kung ang bahin gitukod layer by layer, ang laser surface treatment sa matag layer katumbas sa "laser volume treatment".
Samtang sa ultrasonic horn-based ultrasonic therapy, ang ultrasonic energy sa standing sound wave giapod-apod sa tibuok component, samtang ang laser-induced ultrasonic intensity taas og konsentrado duol sa punto diin masuhop ang laser radiation. Ang paggamit og sonotrode sa SLM powder bed fusion machine komplikado tungod kay ang ibabaw nga bahin sa powder bed nga na-expose sa laser radiation kinahanglan nga magpabilin nga stationary. Dugang pa, walay mechanical stress sa ibabaw nga bahin sa parte. Busa, ang acoustic stress hapit sa zero ug ang particle velocity adunay maximum amplitude sa tibuok ibabaw nga bahin sa parte. Ang sound pressure sulod sa tibuok molten pool dili molapas sa 0.1% sa maximum pressure nga namugna sa welding head, tungod kay ang wavelength sa ultrasonic waves nga adunay frequency nga 20 kHz sa stainless steel kay \(\sim 0.3~\text {m}\), ug ang Ang giladmon kasagaran ubos sa \(\sim 0.3~\text {mm}\). Busa, ang epekto sa ultrasound sa cavitation mahimong gamay ra.
Kinahanglan nga matikdan nga ang paggamit sa intensity-modulated laser radiation sa direktang laser metal deposition usa ka aktibong natad sa panukiduki35,36,37,38.
Ang mga epekto sa kainit sa radyasyon sa laser nga miabot sa medium mao ang basehan sa halos tanang teknik sa pagproseso sa materyal nga laser 39, 40, sama sa pagputol 41, pagwelding, pagpatig-a, pag-drill 42, paglimpyo sa nawong, pag-alloy sa nawong, pagpasinaw sa nawong 43, ug uban pa. Kini nga teknolohiya sa pagproseso sa materyales nagsumaryo sa pasiunang mga resulta sa daghang mga review ug monograp 44, 45, 46.
Kinahanglan nga matikdan nga ang bisan unsang dili-stationary nga aksyon sa medium, lakip ang lasing action sa absorbing medium, moresulta sa excitation sa acoustic waves niini nga adunay mas o gamay nga efficiency. Sa sinugdanan, ang pangunang pokus mao ang laser excitation sa mga balud sa mga likido ug ang lainlaing mga thermal excitation mechanism sa tunog (thermal expansion, evaporation, volume change atol sa phase transition, contraction, ug uban pa) 47, 48, 49. Daghang mga monograph 50, 51, 52 ang naghatag og teoretikal nga mga pag-analisa niini nga proseso ug ang posible nga praktikal nga mga aplikasyon niini.
Kini nga mga isyu gihisgutan sa lain-laing mga komperensya, ug ang laser excitation sa ultrasound adunay mga aplikasyon sa parehong industriyal nga aplikasyon sa teknolohiya sa laser53 ug medisina54. Busa, mahimong isipon nga ang sukaranang konsepto sa proseso diin ang pulsed laser light molihok sa usa ka absorbing medium natukod na. Ang laser ultrasonic inspection gigamit alang sa pag-ila sa depekto sa mga sample nga gihimo sa SLM55,56.
Ang epekto sa mga shock wave nga namugna sa laser sa mga materyales mao ang basehan sa laser shock peening57,58,59, nga gigamit usab alang sa pagtambal sa ibabaw sa mga parte nga gihimo gamit ang dugang nga mga sangkap60. Bisan pa, ang laser shock strengthening labing epektibo sa mga nanosecond laser pulse ug mga nawong nga gi-load sa mekanikal (pananglitan, nga adunay usa ka layer sa likido)59 tungod kay ang mekanikal nga loading nagdugang sa peak pressure.
Gihimo ang mga eksperimento aron imbestigahan ang posibleng mga epekto sa lainlaing mga pisikal nga natad sa microstructure sa mga solidified nga materyales. Ang functional diagram sa experimental setup gipakita sa Figure 1. Usa ka pulsed Nd:YAG solid-state laser nga nag-operate sa free-running mode (pulse duration \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) ang gigamit. Ang matag laser pulse gipasa pinaagi sa usa ka serye sa neutral density filters ug usa ka beam splitter plate system. Depende sa kombinasyon sa neutral density filters, ang pulse energy sa target managlahi gikan sa \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) hangtod sa \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). Ang laser beam nga gi-reflect gikan sa beam splitter gipakaon sa usa ka photodiode alang sa dungan nga pagkuha sa datos, ug duha ka calorimeter (photodiodes nga adunay taas nga oras sa pagtubag nga molapas sa \(1~\text {ms}\)) gigamit aron mahibal-an ang insidente ug gi-reflect gikan sa target, ug duha ka power meter (photodiodes nga adunay mubo nga tubag mga higayon\(<10~\text {ns}\)) aron mahibal-an ang insidente ug napakita nga gahum sa optika. Ang mga calorimeter ug mga power meter gi-calibrate aron makahatag og mga kantidad sa hingpit nga mga yunit gamit ang usa ka thermopile detector nga Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 ug usa ka dielectric mirror nga gibutang sa lokasyon sa sample. I-focus ang beam ngadto sa target gamit ang usa ka lente (Antireflection coating sa \(1.06 \upmu \text {m}\), focal length \(160~\text {mm}\)) ug usa ka beam waist sa target surface 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Functional schematic diagram sa eksperimental nga setup: 1—laser; 2—laser beam; 3—neutral density filter; 4—synchronized photodiode; 5—beam splitter; 6—diaphragm; 7—calorimeter sa incident beam; 8 – calorimeter sa reflected beam; 9 – incident beam power meter; 10 – reflected beam power meter; 11 – focusing lens; 12 – mirror; 13 – sample; 14 – broadband piezoelectric transducer; 15 – 2D converter; 16 – positioning microcontroller; 17 – synchronization unit; 18 – multi-channel digital acquisition system nga adunay lain-laing sampling rates; 19 – personal computer.
Ang ultrasonic treatment gihimo sama sa mosunod. Ang laser naglihok sa free-running mode; busa ang gidugayon sa laser pulse kay \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), nga gilangkoban sa daghang gidugayon nga gibana-bana nga \(1.5~\upmu \text {s } \) matag usa. Ang temporal nga porma sa laser pulse ug ang spectrum niini gilangkoban sa usa ka low-frequency envelope ug usa ka high-frequency modulation, nga adunay average nga frequency nga mga \(0.7~\text {MHz}\), sama sa gipakita sa Figure 2.- Ang frequency envelope naghatag sa pagpainit ug sunod nga pagtunaw ug pag-alisngaw sa materyal, samtang ang high frequency component naghatag sa ultrasonic vibrations tungod sa photoacoustic effect. Ang waveform sa ultrasonic pulse nga namugna sa laser kasagaran gitino sa time shape sa laser pulse intensity. Kini gikan sa \(7~\text {kHz}\) ngadto sa \ (2~\text {MHz}\), ug ang sentro nga frequency kay \(~ 0.7~\text {MHz}\). Ang mga acoustic pulse tungod sa photoacoustic effect girekord gamit ang broadband piezoelectric transducers nga hinimo sa polyvinylidene fluoride films. Ang narekord nga waveform ug ang spectrum niini gipakita sa Figure 2. Kinahanglan nga matikdan nga ang porma sa mga laser pulse tipikal sa usa ka free-running mode laser.
Temporal nga distribusyon sa intensidad sa pulso sa laser (a) ug katulin sa tunog (b) sa likod nga bahin sa sample, ang spectra (asul nga kurba) sa usa ka pulso sa laser (c) ug usa ka pulso sa ultrasound (d) nga gi-aberids sa kapin sa 300 ka pulso sa laser (pula nga kurba).
Klaro natong mailhan ang low-frequency ug high-frequency nga mga sangkap sa acoustic treatment nga katumbas sa low-frequency envelope sa laser pulse ug sa high-frequency modulation, matag usa. Ang mga wavelength sa acoustic waves nga namugna sa laser pulse envelope milapas sa \(40~\text {cm}\); busa, ang pangunang epekto sa broadband high-frequency nga mga sangkap sa acoustic signal sa microstructure gilauman.
Ang mga pisikal nga proseso sa SLM komplikado ug dungan nga mahitabo sa lain-laing spatial ug temporal nga mga sukdanan. Busa, ang mga pamaagi nga multi-scale mao ang labing angay alang sa teoretikal nga pag-analisar sa SLM. Ang mga modelo sa matematika kinahanglan nga sa sinugdanan multi-physical. Ang mekaniko ug thermophysics sa usa ka multiphase medium nga "solid-liquid melt" nga nakig-interact sa usa ka inert gas atmosphere mahimong epektibong mahulagway. Ang mga kinaiya sa material thermal loads sa SLM mao ang mosunod.
Ang gikusgon sa pagpainit ug pagpabugnaw hangtod sa \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ tungod sa lokal nga laser irradiation nga adunay power densities hangtod sa \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Ang siklo sa pagkatunaw-pagkapalig-on molungtad tali sa 1 ug \(10~\text {ms}\), nga makatampo sa paspas nga pagkapalig-on sa sona sa pagkatunaw atol sa pagpabugnaw.
Ang paspas nga pag-init sa sample surface moresulta sa pagporma sa taas nga thermoelastic stresses sa surface layer. Ang igo (hangtod sa 20%) nga bahin sa powder layer kusog nga moalisngaw63, nga moresulta sa dugang nga pressure load sa surface agig tubag sa laser ablation. Tungod niini, ang induced strain makatuis pag-ayo sa part geometry, labi na duol sa mga suporta ug nipis nga structural elements. Ang taas nga heating rate sa pulsed laser annealing moresulta sa pagmugna og ultrasonic strain waves nga mokatap gikan sa surface ngadto sa substrate. Aron makakuha og tukma nga quantitative data sa local stress ug strain distribution, usa ka mesoscopic simulation sa elastic deformation problem nga gi-conjugate sa heat and mass transfer ang gihimo.
Ang mga nagdumala nga equation sa modelo naglakip sa (1) mga unsteady heat transfer equation diin ang thermal conductivity nagdepende sa phase state (powder, melt, polycrystalline) ug temperatura, (2) mga pag-usab-usab sa elastic deformation human sa continuum ablation ug thermoelastic expansion equation. Ang problema sa boundary value gitino pinaagi sa mga experimental conditions. Ang modulated laser flux gihubit sa sample surface. Ang convective cooling naglakip sa conductive heat exchange ug evaporative flux. Ang mass flux gihubit base sa pagkalkulo sa saturated vapor pressure sa evaporating material. Ang elastoplastic stress-strain relationship gigamit diin ang thermoelastic stress proporsyonal sa kalainan sa temperatura. Para sa nominal power \(300~\text {W}\), frequency \(10^5~\text {Hz}\), intermittent coefficient 100 ug \(200~\upmu \text {m}\) sa effective beam diameter.
Ang Figure 3 nagpakita sa mga resulta sa numerical simulation sa molten zone gamit ang macroscopic mathematical model. Ang diametro sa fusion zone kay \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) radius) ug \(40~\upmu \text {m}\) giladmon. Ang mga resulta sa simulation nagpakita nga ang temperatura sa ibabaw nag-usab-usab sa lokal nga oras sama sa \(100~\text {K}\) tungod sa taas nga intermittent factor sa pulse modulation. Ang heating \(V_h\) ug cooling \(V_c\) rates anaa sa han-ay nga \(10^7\) ug \(10^6~\text {K}/\text {s}\), matag usa. Kini nga mga kantidad nahiuyon sa among miaging pag-analisa64. Ang usa ka han-ay sa magnitude nga kalainan tali sa \(V_h\) ug \(V_c\) moresulta sa paspas nga overheating sa surface layer, diin ang thermal conduction ngadto sa substrate dili igo aron makuha ang kainit. Busa, sa \(t=26~\upmu \text {s}\) ang temperatura sa ibabaw moabot sa kinatas-ang \(4800~\text {K}\). Ang kusog nga pag-alisngaw sa materyal mahimong hinungdan nga ang nawong sa sampol maapektuhan sa sobra nga presyur ug matangtang.
Ang mga resulta sa numerical simulation sa melting zone sa single laser pulse annealing sa 316L sample plate. Ang oras gikan sa pagsugod sa pulse hangtod sa giladmon sa tinunaw nga pool nga nakaabot sa pinakataas nga kantidad kay \(180~\upmu\text {s}\). Ang isotherm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) nagrepresentar sa utlanan tali sa likido ug solidong mga hugna. Ang mga isobar (dilaw nga linya) katumbas sa yield stress nga gikalkulo isip function sa temperatura sa sunod nga seksyon. Busa, sa domain tali sa duha ka isoline (isotherms\(T=T_L\) ug isobars\(\sigma =\sigma _V(T)\)), ang solidong hugna gipailalom sa kusog nga mekanikal nga mga karga, nga mahimong mosangpot sa mga pagbag-o sa microstructure.
Kini nga epekto dugang nga gipasabut sa Figure 4a, diin ang lebel sa presyur sa natunaw nga sona gi-plot isip usa ka function sa oras ug distansya gikan sa nawong. Una, ang pamatasan sa presyur may kalabutan sa modulasyon sa intensity sa pulso sa laser nga gihulagway sa Figure 2 sa ibabaw. Usa ka labing taas nga presyur \text{s}\) nga mga \(10~\text {MPa}\) ang naobserbahan sa mga \(t=26~\upmu). Ikaduha, ang pag-usab-usab sa lokal nga presyur sa control point adunay parehas nga mga kinaiya sa oscillation sama sa frequency nga \(500~\text {kHz}\). Kini nagpasabut nga ang mga ultrasonic pressure waves namugna sa nawong ug dayon mikaylap sa substrate.
Ang gikalkulo nga mga kinaiya sa deformation zone duol sa melting zone gipakita sa Fig. 4b. Ang laser ablation ug thermoelastic stress makamugna og elastic deformation waves nga mokatap ngadto sa substrate. Sama sa makita sa figure, adunay duha ka yugto sa pagmugna og stress. Atol sa unang hugna sa \(t < 40~\upmu \text {s}\), ang Mises stress mosaka ngadto sa \(8~\text {MPa}\) nga adunay modulation nga susama sa surface pressure. Kini nga stress mahitabo tungod sa laser ablation, ug walay thermoelastic stress nga naobserbahan sa mga control point tungod kay ang inisyal nga heat-affected zone gamay ra kaayo. Kung ang kainit mawala ngadto sa substrate, ang control point makamugna og taas nga thermoelastic stress nga labaw sa \(40~\text {MPa}\).
Ang nakuha nga modulated stress levels adunay dakong epekto sa solid-liquid interface ug mahimong mao ang control mechanism nga nagdumala sa solidification path. Ang gidak-on sa deformation zone kay 2 ngadto sa 3 ka pilo nga mas dako kay sa melting zone. Sama sa gipakita sa Figure 3, ang lokasyon sa melting isotherm ug ang stress level nga katumbas sa yield stress gitandi. Kini nagpasabot nga ang pulsed laser irradiation naghatag og taas nga mechanical loads sa localized areas nga adunay effective diameter tali sa 300 ug \(800~\upmu \text {m}\) depende sa instantaneous time.
Busa, ang komplikado nga modulasyon sa pulsed laser annealing mosangpot sa ultrasonic effect. Lahi ang microstructure selection pathway kon itandi sa SLM nga walay ultrasonic loading. Ang deformed unstable regions mosangpot sa periodic cycles sa compression ug stretching sa solid phase. Busa, ang pagporma sa bag-ong grain boundaries ug subgrain boundaries mahimong posible. Busa, ang microstructural properties mahimong tinuyo nga usbon, sama sa gipakita sa ubos. Ang nakuha nga mga konklusyon naghatag sa posibilidad sa pagdesinyo og pulse modulation-induced ultrasound-driven SLM prototype. Niini nga kaso, ang piezoelectric inductor 26 nga gigamit sa ubang lugar mahimong dili iapil.
(a) Presyon isip function sa oras, gikalkulo sa lain-laing distansya gikan sa nawong 0, 20 ug \(40~\upmu \text {m}\) subay sa axis of symmetry.(b) Ang stress sa Von Mises nga nagsalig sa oras gikalkulo sa usa ka solidong matrix sa distansya nga 70, 120 ug \(170~\upmu \text {m}\) gikan sa nawong sa sample.
Ang mga eksperimento gihimo sa mga AISI 321H stainless steel plate nga adunay mga dimensyon nga \(20\times 20\times 5~\text {mm}\). Human sa matag laser pulse, ang plate molihok \(50~\upmu \text {m}\), ug ang hawak sa laser beam sa target surface mga \(100~\upmu \text {m}\). Hangtod sa lima ka sunod-sunod nga beam pass ang gihimo ubay sa parehas nga track aron ma-induce ang remelting sa giproseso nga materyal alang sa grain refinement. Sa tanan nga mga kaso, ang remelted zone gi-sonicate, depende sa oscillatory component sa laser radiation. Kini moresulta sa labaw sa 5 ka pilo nga pagkunhod sa average grain area. Gipakita sa Figure 5 kung giunsa ang pagbag-o sa microstructure sa laser-melted region uban sa gidaghanon sa sunod-sunod nga remelting cycles (passes).
Mga subplots (a,d,g,j) ug (b,e,h,k) – microstructure sa mga rehiyon nga natunaw sa laser, mga subplots (c,f,i,l) – distribusyon sa lugar sa mga kolor nga lugas. Ang shading nagrepresentar sa mga partikulo nga gigamit sa pagkwenta sa histogram. Ang mga kolor katumbas sa mga rehiyon sa lugas (tan-awa ang color bar sa ibabaw sa histogram. Ang mga subplots (ac) katumbas sa wala matambalan nga stainless steel, ug ang mga subplots (df), (gi), (jl) katumbas sa 1, 3 ug 5 nga mga natunaw pag-usab.
Tungod kay ang enerhiya sa pulso sa laser wala mausab taliwala sa sunod nga mga pag-agi, ang giladmon sa natunaw nga sona parehas ra. Busa, ang sunod nga agianan hingpit nga "nagtabon" sa miaging usa. Bisan pa, ang histogram nagpakita nga ang mean ug median grain area mikunhod uban sa nagkadaghan nga mga pag-agi. Kini mahimong magpakita nga ang laser naglihok sa substrate imbes sa natunaw.
Ang pagkapino sa lugas mahimong tungod sa paspas nga pagpabugnaw sa tinunaw nga linaw65. Laing hugpong sa mga eksperimento ang gihimo diin ang mga nawong sa mga stainless steel plate (321H ug 316L) naladlad sa padayon nga radyasyon sa laser sa atmospera (Fig. 6) ug vacuum (Fig. 7). Ang aberids nga gahum sa laser (300 W ug 100 W, matag usa) ug giladmon sa tinunaw nga linaw duol sa mga resulta sa eksperimento sa Nd:YAG laser sa free-running mode. Bisan pa, usa ka tipikal nga istruktura sa kolumnar ang naobserbahan.
Mikroistruktura sa rehiyon nga natunaw sa laser sa usa ka padayon nga balud nga laser (300 W kanunay nga gahum, 200 mm/s nga katulin sa pag-scan, AISI 321H stainless steel).
(a) Mikroistruktura ug (b) hulagway sa electron backscatter diffraction sa laser melting zone sa vacuum continuous wave laser (kanunay nga gahum 100 W, katulin sa pag-scan 200 mm/s, AISI 316L stainless steel) \ (\sim 2~\text {mbar }\).
Busa, klaro nga gipakita nga ang komplikado nga modulasyon sa intensity sa laser pulse adunay dakong epekto sa resulta nga microstructure. Nagtuo kami nga kini nga epekto mekanikal sa kinaiya ug mahitabo tungod sa pagmugna sa ultrasonic vibrations nga mikaylap gikan sa irradiated surface sa melt ngadto sa sample. Parehas nga mga resulta ang nakuha sa 13, 26, 34, 66, 67 gamit ang external piezoelectric transducers ug sonotrodes nga naghatag og high-intensity ultrasound sa lain-laing mga materyales lakip ang Ti-6Al-4V alloy 26 ug stainless steel 34 ang resulta sa. Ang posible nga mekanismo gihunahuna sama sa mosunod. Ang grabe nga ultrasound mahimong hinungdan sa acoustic cavitation, sama sa gipakita sa ultrafast in situ synchrotron X-ray imaging. Ang pagkahugno sa mga bula sa cavitation sa baylo makamugna og shock waves sa tinunaw nga materyal, kansang front pressure moabot sa mga \(100~\text {MPa}\)69. Ang ingon nga mga shock waves mahimong igo nga kusog aron mapalambo ang pagporma sa kritikal nga gidak-on nga solid-phase nuclei sa bulk liquids, nga makabalda sa tipikal nga columnar grain structure sa layer-by-layer nga additive manufacturing.
Dinhi, among gisugyot ang laing mekanismo nga responsable sa pagbag-o sa istruktura pinaagi sa grabe nga sonication. Ang materyal pagkahuman sa solidification naa sa taas nga temperatura nga duol sa melting point ug adunay ubos kaayo nga yield stress. Ang grabe nga ultrasonic waves mahimong hinungdan sa pag-usab sa plastik nga pag-agos sa istruktura sa lugas sa init nga materyal nga bag-o lang na-solidate. Bisan pa, ang kasaligan nga datos sa eksperimento sa pagsalig sa temperatura sa yield stress anaa sa \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (tan-awa ang Figure 8). Busa, aron masulayan ang hypothesis, naghimo kami og molecular dynamics (MD) simulations sa usa ka Fe-Cr-Ni nga komposisyon nga susama sa AISI 316 L steel aron masusi ang pamatasan sa yield stress duol sa melting point. Aron makalkulo ang yield stress, gigamit namo ang MD shear stress relaxation technique nga detalyado sa 70, 71, 72, 73. Alang sa mga kalkulasyon sa interatomic interaction, gigamit namo ang Embedded Atomic Model (EAM) gikan sa 74. Ang mga MD simulation gihimo gamit ang LAMMPS codes 75,76. Ang mga detalye sa MD simulation ipatik sa ubang lugar. Ang mga resulta sa MD calculation sa yield stress isip usa ka Ang gimbuhaton sa temperatura gipakita sa Fig. 8 uban sa magamit nga datos sa eksperimento ug uban pang mga ebalwasyon77,78,79,80,81,82.
Yield stress para sa AISI grade 316 austenitic stainless steel ug modelo nga komposisyon batok sa temperatura para sa MD simulations. Mga eksperimental nga pagsukod gikan sa mga reperensya: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. tan-awa. Ang (f)82 usa ka empirical nga modelo sa yield stress-temperature dependence para sa in-line stress measurement atol sa laser-assisted additive manufacturing. Ang mga resulta sa large-scale MD simulation niini nga pagtuon gi-designate isip \(\vartriangleleft\) para sa usa ka defect-free infinite single crystal ug \(\vartriangleright\) para sa finite grains nga gikonsiderar ang average grain size pinaagi sa Hall-Petch relation Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Makita nga sa \(T>1500~\text {K}\) ang yield stress moubos sa \(40~\text {MPa}\). Sa laing bahin, ang mga banabana nagtagna nga ang laser-generated ultrasonic amplitude molapas sa \(40~\text {MPa}\) (tan-awa ang Fig. 4b), nga igo na aron maaghat ang pag-agos sa plastik sa init nga materyal nga bag-o lang napalig-on.
Ang pagporma sa microstructure sa 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) austenitic stainless steel atol sa SLM gisusi pinaagi sa eksperimento gamit ang usa ka complex intensity-modulated pulsed laser source.
Nakit-an ang pagkunhod sa gidak-on sa lugas sa laser melting zone tungod sa padayon nga laser remelting human sa 1, 3 o 5 ka pagpasa.
Ang makroskopikong pagmodelo nagpakita nga ang gibanabana nga gidak-on sa rehiyon diin ang ultrasonic deformation mahimong positibo nga makaapekto sa solidification front kay hangtod sa \(1~\text {mm}\).
Ang mikroskopikong modelo sa MD nagpakita nga ang kusog sa ani sa AISI 316 austenitic stainless steel mikunhod pag-ayo ngadto sa \(40~\text {MPa}\) duol sa melting point.
Ang nakuha nga mga resulta nagsugyot og usa ka pamaagi alang sa pagkontrol sa microstructure sa mga materyales gamit ang komplikado nga modulated laser processing ug mahimong magsilbing basehan sa paghimo og bag-ong mga pagbag-o sa pulsed SLM technique.
Liu, Y. et al. Ebolusyon sa mikrostruktura ug mekanikal nga mga kabtangan sa in situ TiB2/AlSi10Mg composites pinaagi sa laser selective melting [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Inhenyerya sa utlanan sa lugas sa rekristalisasyon sa laser selective melting sa 316L stainless steel [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 nga pagpalambo sa mga sandwich microstructure nga adunay gipauswag nga ductility pinaagi sa laser reheating sa laser-melted titanium alloys.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Additive manufacturing sa mga parte sa Ti-6Al-4V pinaagi sa laser metal deposition (LMD): proseso, microstructure ug mekanikal nga mga kabtangan. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Pagmodelo sa mikrostruktura sa laser metal powder nga gidumala sa pagdeposito sa enerhiya sa Alloy 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 Imaging Study sa mga Additively Manufactured Samples nga Gitratar Gamit ang Laser Shock Peening.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Gradient microstructure ug mekanikal nga mga kabtangan sa Ti-6Al-4V nga gihimo pinaagi sa electron beam melting. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).