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Un nouveau mécanisme basé sur la fusion sélective par laser pour contrôler la microstructure des produits dans le processus de fabrication est proposé. Le mécanisme repose sur la génération d'ondes ultrasonores de haute intensité dans le bain de fusion par une irradiation laser complexe à intensité modulée. Des études expérimentales et des simulations numériques montrent que ce mécanisme de contrôle est techniquement réalisable et peut être efficacement intégré dans la conception de machines modernes de fusion sélective par laser.
Français La fabrication additive (FA) de pièces de formes complexes a connu une croissance significative au cours des dernières décennies. Cependant, malgré la variété des procédés de fabrication additive, notamment la fusion sélective par laser (SLM)1,2,3, le dépôt direct de métal par laser4,5,6, la fusion par faisceau d'électrons7,8 et autres9,10, les pièces peuvent être défectueuses. Cela est principalement dû aux caractéristiques spécifiques du processus de solidification du bain de fusion associées à des gradients thermiques élevés, des vitesses de refroidissement élevées et à la complexité des cycles de chauffage dans les matériaux de fusion et de refusion11, qui conduisent à une croissance épitaxiale des grains et à une porosité importante12,13. Les résultats montrent qu'il est nécessaire de contrôler les gradients thermiques, les vitesses de refroidissement et la composition de l'alliage, ou d'appliquer des chocs physiques supplémentaires via des champs externes de propriétés diverses (par exemple, les ultrasons) pour obtenir des structures de grains équiaxes fines.
Français De nombreuses publications s'intéressent à l'effet du traitement par vibration sur le processus de solidification dans les procédés de coulée conventionnels14,15. Cependant, l'application d'un champ externe aux masses fondues en vrac ne produit pas la microstructure de matériau souhaitée. Si le volume de la phase liquide est faible, la situation change radicalement. Dans ce cas, le champ externe affecte considérablement le processus de solidification. Les effets électromagnétiques ont été pris en compte lors de champs acoustiques intenses16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, d'agitation et d'oscillation d'arc28, d'arcs plasma pulsés30,31 et d'autres méthodes32. Fixer au substrat à l'aide d'une source d'ultrasons externe de haute intensité (à 20 kHz). L'affinement des grains induit par les ultrasons est attribué à la zone de sous-refroidissement compositionnelle accrue en raison du gradient de température réduit et de l'amélioration des ultrasons pour générer de nouvelles cristallites par cavitation.
Français Dans ce travail, nous avons étudié la possibilité de modifier la structure granulaire des aciers inoxydables austénitiques en sonifiant le bain de fusion avec des ondes sonores générées par le laser de fusion lui-même. La modulation d'intensité du rayonnement laser incident sur le milieu absorbant la lumière entraîne la génération d'ondes ultrasonores, qui modifient la microstructure du matériau. Cette modulation d'intensité du rayonnement laser peut être facilement intégrée dans les imprimantes 3D SLM existantes. Les expériences de ce travail ont été réalisées sur des plaques d'acier inoxydable dont les surfaces ont été exposées à un rayonnement laser modulé en intensité. Donc, techniquement, un traitement de surface au laser est effectué. Cependant, si un tel traitement laser est effectué sur la surface de chaque couche, lors de l'accumulation couche par couche, des effets sur l'ensemble du volume ou sur des parties sélectionnées du volume sont obtenus. En d'autres termes, si la pièce est construite couche par couche, le traitement de surface au laser de chaque couche est équivalent à un « traitement volumique au laser ».
Français Alors que dans la thérapie ultrasonore à base de corne à ultrasons, l'énergie ultrasonore de l'onde sonore stationnaire est distribuée dans tout le composant, tandis que l'intensité ultrasonore induite par laser est fortement concentrée près du point où le rayonnement laser est absorbé. L'utilisation d'une sonotrode dans une machine de fusion sur lit de poudre SLM est compliquée car la surface supérieure du lit de poudre exposée au rayonnement laser doit rester stationnaire. De plus, il n'y a aucune contrainte mécanique sur la surface supérieure de la pièce. Par conséquent, la contrainte acoustique est proche de zéro et la vitesse des particules a une amplitude maximale sur toute la surface supérieure de la pièce. La pression acoustique à l'intérieur de l'ensemble du bain de fusion ne peut pas dépasser 0,1 % de la pression maximale générée par la tête de soudage, car la longueur d'onde des ondes ultrasonores avec une fréquence de 20 kHz dans l'acier inoxydable est \(\sim 0,3~\text {m}\), et la profondeur est généralement inférieure à \(\sim 0,3~\text {mm}\). Par conséquent, l'effet des ultrasons sur la cavitation peut être faible.
Il convient de noter que l’utilisation du rayonnement laser modulé en intensité dans le dépôt direct de métaux par laser est un domaine de recherche actif35,36,37,38.
L'effet thermique du rayonnement laser incident sur le milieu est la base de presque toutes les techniques laser 39, 40 pour le traitement des matériaux, telles que la découpe41, le soudage, le durcissement, le perçage42, le nettoyage de surface, l'alliage de surface, le polissage de surface43, etc. L'invention du laser a stimulé de nouveaux développements dans les techniques de traitement des matériaux, et les résultats préliminaires ont été résumés dans de nombreuses revues et monographies44,45,46.
Il est à noter que toute action non stationnaire sur le milieu, y compris l'action laser sur le milieu absorbant, entraîne l'excitation d'ondes acoustiques dans celui-ci avec plus ou moins d'efficacité. Initialement, l'accent était mis sur l'excitation laser des ondes dans les liquides et les différents mécanismes d'excitation thermique du son (dilatation thermique, évaporation, changement de volume lors de la transition de phase, contraction, etc.) 47, 48, 49. De nombreuses monographies 50, 51, 52 fournissent des analyses théoriques de ce processus et de ses applications pratiques possibles.
Ces questions ont ensuite été discutées lors de diverses conférences, et l'excitation laser des ultrasons a des applications dans les applications industrielles de la technologie laser53 et en médecine54. Par conséquent, on peut considérer que le concept de base du processus par lequel la lumière laser pulsée agit sur un milieu absorbant a été établi. L'inspection par ultrasons laser est utilisée pour la détection des défauts des échantillons fabriqués par SLM55,56.
L'effet des ondes de choc générées par laser sur les matériaux est à la base du grenaillage par choc laser57,58,59, qui est également utilisé pour le traitement de surface des pièces fabriquées de manière additive60. Cependant, le renforcement par choc laser est plus efficace sur les impulsions laser nanosecondes et les surfaces chargées mécaniquement (par exemple, avec une couche de liquide)59 car la charge mécanique augmente la pression de pointe.
Des expériences ont été menées pour étudier les effets possibles de divers champs physiques sur la microstructure des matériaux solidifiés. Le diagramme fonctionnel du dispositif expérimental est présenté à la Figure 1. Un laser solide Nd:YAG pulsé fonctionnant en mode libre (durée d'impulsion \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) a été utilisé. Chaque impulsion laser passe à travers une série de filtres de densité neutre et un système de plaques séparatrices de faisceau. Selon la combinaison de filtres de densité neutre, l'énergie d'impulsion sur la cible varie de \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) à \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) . Le faisceau laser réfléchi par le séparateur de faisceau est envoyé à une photodiode pour l'acquisition simultanée de données, et deux calorimètres (photodiodes avec un temps de réponse long supérieur à \(1~\text {ms}\)) sont utilisés pour déterminer l'incidence et la réflexion sur la cible, et deux wattmètres (photodiodes avec un temps de réponse court) Temps de réponse (<10~ns) pour déterminer la puissance optique incidente et réfléchie. Les calorimètres et les wattmètres ont été étalonnés pour donner des valeurs en unités absolues à l'aide d'un détecteur à thermopile Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 et d'un miroir diélectrique monté à l'emplacement de l'échantillon. Focaliser le faisceau sur la cible à l'aide d'une lentille (revêtement antireflet à 1,06 m³/h), distance focale 160~mm/h) et une taille de faisceau à la surface de la cible de 60 à 100 m³/h).
Schéma fonctionnel du dispositif expérimental : 1 — laser ; 2 — faisceau laser ; 3 — filtre à densité neutre ; 4 — photodiode synchronisée ; 5 — séparateur de faisceau ; 6 — diaphragme ; 7 — calorimètre du faisceau incident ; 8 — calorimètre du faisceau réfléchi ; 9 — wattmètre du faisceau incident ; 10 — wattmètre du faisceau réfléchi ; 11 — lentille de focalisation ; 12 — miroir ; 13 — échantillon ; 14 — transducteur piézoélectrique à large bande ; 15 — convertisseur 2D ; 16 — microcontrôleur de positionnement ; 17 — unité de synchronisation ; 18 — système d'acquisition numérique multicanal avec différents taux d'échantillonnage ; 19 — ordinateur personnel.
Le traitement par ultrasons est effectué comme suit. Le laser fonctionne en mode libre ; par conséquent, la durée de l'impulsion laser est \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), qui se compose de plusieurs durées d'environ \(1,5~\upmu \text {s } \) chacune. La forme temporelle de l'impulsion laser et son spectre se composent d'une enveloppe basse fréquence et d'une modulation haute fréquence, avec une fréquence moyenne d'environ \(0,7~\text {MHz}\), comme le montre la figure 2. - L'enveloppe de fréquence assure le chauffage et la fusion et l'évaporation ultérieures du matériau, tandis que la composante haute fréquence fournit les vibrations ultrasonores dues à l'effet photoacoustique. La forme d'onde de l'impulsion ultrasonore générée par le laser est principalement déterminée par la forme temporelle de l'intensité de l'impulsion laser. Elle s'étend de \(7~\text {kHz}\) à \(2~\text {MHz}\), et la fréquence centrale est \(~ 0,7~\text {MHz}\).Les impulsions acoustiques dues à l'effet photoacoustique ont été enregistrées à l'aide de transducteurs piézoélectriques à large bande constitués de films de polyfluorure de vinylidène.La forme d'onde enregistrée et son spectre sont présentés dans la figure 2.Il convient de noter que la forme des impulsions laser est typique d'un laser en mode libre.
Distribution temporelle de l'intensité de l'impulsion laser (a) et de la vitesse du son à la surface arrière de l'échantillon (b), spectres de l'impulsion laser (c) et de l'impulsion ultrasonore (d) moyennés sur 300 impulsions laser (courbe rouge) pour une seule impulsion laser (courbe bleue).
Nous pouvons clairement distinguer les composantes basse fréquence et haute fréquence du traitement acoustique correspondant respectivement à l'enveloppe basse fréquence de l'impulsion laser et à la modulation haute fréquence. Les longueurs d'onde des ondes acoustiques générées par l'enveloppe de l'impulsion laser dépassent \(40~\text {cm}\); par conséquent, l'effet principal des composantes haute fréquence à large bande du signal acoustique sur la microstructure est attendu.
Les processus physiques dans le SLM sont complexes et se produisent simultanément à différentes échelles spatiales et temporelles. Par conséquent, les méthodes multi-échelles sont les plus adaptées à l'analyse théorique du SLM. Les modèles mathématiques doivent initialement être multiphysiques. La mécanique et la thermophysique d'un milieu multiphasique « fusion solide-liquide » interagissant avec une atmosphère de gaz inerte peuvent alors être décrites efficacement. Les caractéristiques des charges thermiques des matériaux dans le SLM sont les suivantes.
Taux de chauffage et de refroidissement jusqu'à \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ en raison d'une irradiation laser localisée avec des densités de puissance jusqu'à \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Le cycle de fusion-solidification dure entre 1 et \(10~\text {ms}\), ce qui contribue à la solidification rapide de la zone de fusion lors du refroidissement.
Le chauffage rapide de la surface de l'échantillon entraîne la formation de contraintes thermoélastiques élevées dans la couche de surface. Une partie suffisante (jusqu'à 20 %) de la couche de poudre est fortement évaporée63, ce qui entraîne une charge de pression supplémentaire sur la surface en réponse à l'ablation laser. Par conséquent, la contrainte induite déforme considérablement la géométrie de la pièce, en particulier à proximité des supports et des éléments structurels minces. La vitesse de chauffage élevée du recuit laser pulsé entraîne la génération d'ondes de contrainte ultrasonores qui se propagent de la surface au substrat. Afin d'obtenir des données quantitatives précises sur la distribution locale des contraintes et des déformations, une simulation mésoscopique du problème de déformation élastique conjuguée au transfert de chaleur et de masse est réalisée.
Français Les équations régissant le modèle comprennent (1) les équations de transfert de chaleur instable où la conductivité thermique dépend de l'état de phase (poudre, masse fondue, polycristallin) et de la température, (2) les fluctuations de la déformation élastique après ablation du continuum et l'équation d'expansion thermoélastique. Le problème de la valeur limite est déterminé par des conditions expérimentales. Le flux laser modulé est défini sur la surface de l'échantillon. Le refroidissement par convection comprend l'échange de chaleur conductrice et le flux d'évaporation. Le flux massique est défini sur la base du calcul de la pression de vapeur saturée du matériau en évaporation. La relation contrainte-déformation élastoplastique est utilisée lorsque la contrainte thermoélastique est proportionnelle à la différence de température. Pour une puissance nominale \(300~\text {W}\), une fréquence \(10^5~\text {Hz}\), un coefficient intermittent 100 et \(200~\upmu \text {m}\ ) du diamètre effectif du faisceau.
La figure 3 montre les résultats de la simulation numérique de la zone fondue à l'aide d'un modèle mathématique macroscopique. Le diamètre de la zone de fusion est de \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) rayon) et \(40~\upmu \text {m}\) profondeur. Les résultats de la simulation montrent que la température de surface varie localement avec le temps comme \(100~\text {K}\) en raison du facteur intermittent élevé de la modulation d'impulsions. Les taux de chauffage \(V_h\) et de refroidissement \(V_c\) sont de l'ordre de \(10^7\) et \(10^6~\text {K}/\text {s}\), respectivement. Ces valeurs sont en bon accord avec notre analyse précédente64. Une différence d'ordre de grandeur entre \(V_h\) et \(V_c\) entraîne une surchauffe rapide de la couche superficielle, où la conduction thermique vers le substrat est insuffisante pour évacuer la chaleur. Par conséquent, à \(t=26~\upmu \text {s}\) la température de surface atteint des pics aussi élevés que \(4800~\text {K}\). Une évaporation vigoureuse du matériau peut entraîner une pression excessive sur la surface de l'échantillon et son décollement.
Résultats de simulation numérique de la zone de fusion du recuit à impulsion laser unique sur une plaque d'échantillon 316L. Le temps écoulé entre le début de l'impulsion et la profondeur du bain de fusion atteignant la valeur maximale est de \(180~\upmu\text {s}\). L'isotherme\(T = T_L = 1723~\text {K}\) représente la limite entre les phases liquide et solide. Les isobares (lignes jaunes) correspondent à la limite d'élasticité calculée en fonction de la température dans la section suivante. Par conséquent, dans le domaine compris entre les deux isolignes (isothermes\(T=T_L\) et isobares\(\sigma =\sigma _V(T)\)), la phase solide est soumise à de fortes charges mécaniques, qui peuvent entraîner des modifications de la microstructure.
Cet effet est expliqué plus en détail dans la figure 4a, où le niveau de pression dans la zone fondue est tracé en fonction du temps et de la distance par rapport à la surface.Tout d'abord, le comportement de la pression est lié à la modulation de l'intensité de l'impulsion laser décrite dans la figure 2 ci-dessus.Une pression maximale \text{s}\) d'environ \(10~\text {MPa}\) a été observée à environ \(t=26~\upmu).Deuxièmement, la fluctuation de la pression locale au point de contrôle a les mêmes caractéristiques d'oscillation que la fréquence de \(500~\text {kHz}\).Cela signifie que les ondes de pression ultrasonores sont générées à la surface puis se propagent dans le substrat.
Français Les caractéristiques calculées de la zone de déformation près de la zone de fusion sont présentées dans la Fig. 4b. L'ablation laser et la contrainte thermoélastique génèrent des ondes de déformation élastique qui se propagent dans le substrat. Comme on peut le voir sur la figure, il y a deux étapes de génération de contrainte. Pendant la première phase de \(t < 40~\upmu \text {s}\), la contrainte de Mises s'élève à \(8~\text {MPa}\) avec une modulation similaire à la pression de surface. Cette contrainte se produit en raison de l'ablation laser, et aucune contrainte thermoélastique n'a été observée dans les points de contrôle car la zone initiale affectée par la chaleur était trop petite. Lorsque la chaleur est dissipée dans le substrat, le point de contrôle génère une contrainte thermoélastique élevée supérieure à \(40~\text {MPa}\).
Les niveaux de contrainte modulés obtenus ont un impact significatif sur l'interface solide-liquide et peuvent être le mécanisme de contrôle régissant le chemin de solidification. La taille de la zone de déformation est 2 à 3 fois plus grande que celle de la zone de fusion. Comme le montre la figure 3, l'emplacement de l'isotherme de fusion et le niveau de contrainte égal à la limite d'élasticité sont comparés. Cela signifie que l'irradiation laser pulsée fournit des charges mécaniques élevées dans des zones localisées avec un diamètre effectif compris entre 300 et \(800~\upmu \text {m}\) en fonction du temps instantané.
Par conséquent, la modulation complexe du recuit laser pulsé conduit à l'effet ultrasonore. La voie de sélection de la microstructure est différente si on la compare au SLM sans chargement ultrasonore. Les régions instables déformées conduisent à des cycles périodiques de compression et d'étirement dans la phase solide. Ainsi, la formation de nouveaux joints de grains et de sous-joints de grains devient possible. Par conséquent, les propriétés microstructurales peuvent être intentionnellement modifiées, comme indiqué ci-dessous. Les conclusions obtenues offrent la possibilité de concevoir un prototype SLM piloté par ultrasons induit par modulation d'impulsions. Dans ce cas, l'inducteur piézoélectrique 26 utilisé ailleurs peut être exclu.
(a) Pression en fonction du temps, calculée à différentes distances de la surface 0, 20 et \(40~\upmu \text {m}\) le long de l'axe de symétrie. (b) Contrainte de Von Mises en fonction du temps calculée dans une matrice solide à des distances de 70, 120 et \(170~\upmu \text {m}\) de la surface de l'échantillon.
Français Des expériences ont été réalisées sur des plaques d'acier inoxydable AISI 321H de dimensions \(20\times 20\times 5~\text {mm}\). Après chaque impulsion laser, la plaque se déplace \(50~\upmu \text {m}\), et la taille du faisceau laser sur la surface cible est d'environ \(100~\upmu \text {m}\). Jusqu'à cinq passages de faisceau ultérieurs sont effectués le long de la même piste pour induire la refusion du matériau traité afin d'affiner le grain. Dans tous les cas, la zone refondue a été soniquée, en fonction de la composante oscillatoire du rayonnement laser. Cela entraîne une réduction de plus de 5 fois de la surface moyenne des grains. La figure 5 montre comment la microstructure de la région fondue au laser change avec le nombre de cycles de refusion ultérieurs (passes).
Sous-graphiques (a, d, g, j) et (b, e, h, k) : microstructure des zones fondues au laser ; sous-graphiques (c, f, i, l) : distribution surfacique des grains colorés. Les zones ombrées représentent les particules utilisées pour calculer l'histogramme. Les couleurs correspondent aux zones granulaires (voir la barre de couleur en haut de l'histogramme). Les sous-graphiques (ac) correspondent à l'acier inoxydable non traité, et les sous-graphiques (df), (gi) et (jl) correspondent à 1, 3 et 5 refusions.
Étant donné que l'énergie de l'impulsion laser ne change pas entre les passages suivants, la profondeur de la zone fondue est la même. Ainsi, le canal suivant « recouvre » complètement le précédent. Cependant, l'histogramme montre que la surface moyenne et médiane des grains diminue avec l'augmentation du nombre de passages. Cela peut indiquer que le laser agit sur le substrat plutôt que sur la masse fondue.
L'affinement des grains peut être causé par un refroidissement rapide du bain de fusion65.Une autre série d'expériences a été réalisée dans laquelle les surfaces de plaques d'acier inoxydable (321H et 316L) ont été exposées à un rayonnement laser à onde continue dans l'atmosphère (Fig. 6) et sous vide (Fig. 7).La puissance laser moyenne (300 W et 100 W, respectivement) et la profondeur du bain de fusion sont proches des résultats expérimentaux du laser Nd:YAG en mode libre.Cependant, une structure colonnaire typique a été observée.
Microstructure de la région fondue par laser d'un laser à onde continue (puissance constante de 300 W, vitesse de balayage de 200 mm/s, acier inoxydable AISI 321H).
(a) Microstructure et (b) images de diffraction de rétrodiffusion d'électrons de la région fondue par laser dans le vide avec un laser à onde continue (puissance constante de 100 W, vitesse de balayage de 200 mm/s, acier inoxydable AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Par conséquent, il est clairement démontré que la modulation complexe de l'intensité de l'impulsion laser a un effet significatif sur la microstructure résultante. Nous pensons que cet effet est de nature mécanique et se produit en raison de la génération de vibrations ultrasonores se propageant de la surface irradiée de la masse fondue en profondeur dans l'échantillon. Des résultats similaires ont été obtenus dans les études 13, 26, 34, 66, 67 en utilisant des transducteurs piézoélectriques externes et des sonotrodes fournissant des ultrasons de haute intensité dans divers matériaux, y compris l'alliage Ti-6Al-4V 26 et l'acier inoxydable 34. Le mécanisme possible est spéculé comme suit. Les ultrasons intenses peuvent provoquer une cavitation acoustique, comme le démontre l'imagerie synchrotron ultrarapide in situ par rayons X. L'effondrement des bulles de cavitation génère à son tour des ondes de choc dans le matériau fondu, dont la pression frontale atteint environ \(100~\text {MPa}\)69. De telles ondes de choc peuvent être suffisamment fortes pour favoriser la formation de noyaux en phase solide de taille critique dans les liquides en vrac, perturbant ainsi la structure granulaire colonnaire typique de la fabrication additive couche par couche.
Nous proposons ici un autre mécanisme responsable de la modification structurale par sonication intense. Immédiatement après la solidification, le matériau est à une température élevée, proche du point de fusion, et présente une limite d'élasticité extrêmement faible. Des ondes ultrasonores intenses peuvent provoquer un écoulement plastique qui altère la structure granulaire du matériau chaud, fraîchement solidifié. Cependant, des données expérimentales fiables sur la dépendance de la limite d'élasticité à la température sont disponibles à \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (voir Figure 8). Par conséquent, pour tester cette hypothèse, nous avons réalisé des simulations de dynamique moléculaire (MD) d'une composition Fe-Cr-Ni similaire à celle de l'acier AISI 316 L afin d'évaluer le comportement de la limite d'élasticité à proximité du point de fusion. Pour calculer la limite d'élasticité, nous avons utilisé la technique de relaxation de la contrainte de cisaillement MD détaillée aux figures 70, 71, 72 et 73. Pour les calculs d'interactions interatomiques, nous avons utilisé le modèle atomique intégré (EAM) de la figure 74. Les simulations MD ont été réalisées à l'aide des codes LAMMPS 75 et 76. Détails de la Les simulations MD seront publiées ailleurs. Les résultats du calcul MD de la limite d'élasticité en fonction de la température sont présentés dans la Fig. 8 avec les données expérimentales disponibles et d'autres évaluations77,78,79,80,81,82.
Limite d'élasticité pour l'acier inoxydable austénitique AISI nuance 316 et composition du modèle en fonction de la température pour les simulations MD. Mesures expérimentales à partir des références : (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. se référer à. (f) 82 est un modèle empirique de dépendance de la limite d'élasticité à la température pour la mesure des contraintes en ligne pendant la fabrication additive assistée par laser. Les résultats des simulations MD à grande échelle dans cette étude sont notés \(\vartriangleleft\) pour un monocristal infini sans défaut et \(\vartriangleright\) pour les grains finis en tenant compte de la taille moyenne des grains via la relation Hall-Petch Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}\).
On peut voir qu'à \(T>1500~\text {K}\) la contrainte d'élasticité chute en dessous de \(40~\text {MPa}\).D'autre part, les estimations prédisent que l'amplitude ultrasonore générée par laser dépasse \(40~\text {MPa}\) (voir Fig. 4b), ce qui est suffisant pour induire un écoulement plastique dans le matériau chaud qui vient d'être solidifié.
La formation de la microstructure de l'acier inoxydable austénitique 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) pendant le SLM a été étudiée expérimentalement à l'aide d'une source laser pulsée modulée en intensité complexe.
Une réduction de la taille des grains dans la zone de fusion laser a été constatée en raison d'une refusion laser continue après 1, 3 ou 5 passes.
La modélisation macroscopique montre que la taille estimée de la région où la déformation ultrasonore peut affecter positivement le front de solidification peut atteindre \(1~\text {mm}\).
Le modèle MD microscopique montre que la limite d'élasticité de l'acier inoxydable austénitique AISI 316 est considérablement réduite à \(40~\text {MPa}\) près du point de fusion.
Les résultats obtenus suggèrent une méthode de contrôle de la microstructure des matériaux à l'aide d'un traitement laser modulé complexe et pourraient servir de base à la création de nouvelles modifications de la technique SLM pulsée.
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