Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Tha taic chuingealaichte aig an dreach brabhsair a tha thu a’ cleachdadh airson CSS. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brabhsair ùraichte (no gun cuir thu dheth modh co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Aig an aon àm, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bidh sinn a’ taisbeanadh an làraich gun stoidhlichean agus JavaScript.
Tha dòigh-obrach ùr stèidhichte air leaghadh leusair roghnach airson smachd a chumail air meanbh-structar thoraidhean sa phròiseas saothrachaidh ga mholadh. Tha an dòigh-obrach an urra ri gineadh tonnan ultrasonach àrd-dian anns an amar leaghte le rèididheachd leusair iom-fhillte le moduladh dian. Tha sgrùdaidhean deuchainneach agus atharrais àireamhach a’ sealltainn gu bheil an dòigh-obrach smachd seo comasach gu teicnigeach agus gun gabh a thoirt a-steach gu h-èifeachdach ann an dealbhadh innealan leaghadh leusair roghnach an latha an-diugh.
Tha saothrachadh cur-ris (AM) phàirtean iom-fhillte air fàs gu mòr anns na deicheadan mu dheireadh. Ach, a dh’ aindeoin an iomadh seòrsa pròiseas saothrachaidh cur-ris, a’ gabhail a-steach leaghadh laser roghnach (SLM)1,2,3, tasgadh meatailt laser dìreach4,5,6, leaghadh beam electron7,8 agus feadhainn eile9,10, is dòcha gu bheil na pàirtean lochtach. Tha seo gu ìre mhòr mar thoradh air feartan sònraichte a’ phròiseis cruadhachaidh amar leaghte co-cheangailte ri caiseadan teirmeach àrda, ìrean fuarachaidh àrda, agus iom-fhillteachd chuairtean teasachaidh ann a bhith a’ leaghadh agus ag ath-leaghadh an stuth11, a tha ag adhbhrachadh fàs gràin epitaxial agus porosity mòr.12,13 sheall e gu bheil e riatanach smachd a chumail air caiseadan teirmeach, ìrean fuarachaidh, agus co-dhèanamh aloidh, no clisgeadh corporra a bharrachd a chuir an sàs le raointean taobh a-muigh de dhiofar fheartan, leithid ultrasound, gus structaran gràin co-ionann mìn a choileanadh.
Tha grunn fhoillseachaidhean a’ dèiligeadh ri buaidh làimhseachadh crith air a’ phròiseas cruadhachaidh ann am pròiseasan tilgeadh àbhaisteach14,15. Ach, chan eil cur raon taobh a-muigh ri leaghadh mòr a’ toirt a-mach am microstructar stuthan a tha thu ag iarraidh. Ma tha meud na h-ìre leaghaidh beag, bidh an suidheachadh ag atharrachadh gu mòr. Anns a’ chùis seo, tha buaidh mhòr aig an raon taobh a-muigh air a’ phròiseas cruadhachaidh. Chaidh beachdachadh air raointean fuaim dian16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, gluasad bogha28 agus crith29, buaidhean electromagnetic rè boghaichean plasma cuisleach30,31 agus dòighean eile32. Ceangail ris an t-substrate a’ cleachdadh stòr ultrasound àrd-dian taobh a-muigh (aig 20 kHz). Tha an grinneachadh gràin air adhbhrachadh le ultrasound air a chur às leth an raon fo-fhuarachadh bun-reachdail a tha air a mheudachadh mar thoradh air an ìre teòthachd nas lugha agus àrdachadh ultrasound gus criostalan ùra a chruthachadh tro chuibhreann.
Anns an obair seo, rinn sinn sgrùdadh air a’ chomas structar gràin stàilinn gun smal austenitic atharrachadh le bhith a’ sonicachadh an amar leaghte le tonnan fuaim a chaidh a chruthachadh leis an laser leaghte fhèin. Bidh atharrachadh dian rèididheachd laser a tha a’ tuiteam air a’ mheadhan a tha a’ gabhail a-steach solas ag adhbhrachadh gineadh tonnan ultrasonach, a bhios ag atharrachadh meanbh-structar an stuth. Faodar an atharrachadh dian seo de rèididheachd laser a thoirt a-steach gu furasta ann an clò-bhualadairean 3D SLM a tha ann mar-thà. Chaidh na deuchainnean san obair seo a dhèanamh air truinnsearan stàilinn gun smal aig an robh na h-uachdaran aca fosgailte do rèididheachd laser atharraichte le dian. Mar sin, gu teicnigeach, thèid làimhseachadh uachdar laser a dhèanamh. Ach, ma thèid làimhseachadh laser mar sin a dhèanamh air uachdar gach sreath, rè togail sreath air sreath, thèid buaidhean a choileanadh air an tomhas-lìonaidh gu lèir no air pàirtean taghte den tomhas-lìonaidh. Ann am faclan eile, ma thèid am pàirt a thogail sreath air sreath, tha làimhseachadh uachdar laser gach sreath co-ionann ri “làimhseachadh meud laser”.
Ann an leigheas ultrasonach stèidhichte air adharc ultrasonach, tha lùth ultrasonach na tonn fuaim seasmhach air a sgaoileadh air feadh a’ phàirt, agus tha dian ultrasonach air a bhrosnachadh le laser gu math dùmhail faisg air a’ phuing far a bheil an rèididheachd laser air a ghabhail a-steach. Tha cleachdadh sonotrode ann an inneal leaghadh leabaidh pùdar SLM iom-fhillte leis gum bu chòir uachdar àrd na leapa pùdar a tha fosgailte don rèididheachd laser fuireach neo-ghluasadach. A bharrachd air an sin, chan eil cuideam meacanaigeach air uachdar àrd a’ phàirt. Mar sin, tha an cuideam fuaimneach faisg air neoni agus tha leud as motha aig astar nan gràinean thairis air uachdar àrd gu lèir a’ phàirt. Chan urrainn don chuideam fuaim taobh a-staigh an amar leaghte gu lèir a bhith nas àirde na 0.1% den chuideam as motha a ghineas an ceann tàthaidh, leis gu bheil tonn-fhaid tonnan ultrasonach le tricead de 20 kHz ann an stàilinn gun staoin \(\sim 0.3~\text {m}\), agus mar as trice tha an doimhneachd nas lugha na \(\sim 0.3~\text {mm}\). Mar sin, is dòcha gu bheil buaidh ultrasonach air cavitation beag.
Bu chòir a thoirt fa-near gur e raon rannsachaidh gnìomhach a th’ ann an cleachdadh rèididheachd laser atharraichte le dian ann an tasgadh meatailt laser dìreach35,36,37,38.
’S e buaidhean teirmeach rèididheachd leusair a tha a’ tuiteam air a’ mheadhan bunait cha mhòr a h-uile dòigh leusair giullachd stuthan 39, 40, leithid gearradh 41, tàthadh, cruadhachadh, drileadh 42, glanadh uachdar, aloidh uachdar, snasadh uachdar 43, msaa. teicneòlas giullachd stuthan agus tha geàrr-chunntas air toraidhean tòiseachaidh ann am mòran lèirmheasan agus monografan 44, 45, 46.
Bu chòir a thoirt fa-near gu bheil gnìomh neo-stèidheachaidh sam bith air a’ mheadhan, a’ gabhail a-steach gnìomh leusair air a’ mheadhan a tha a’ gabhail a-steach, ag adhbhrachadh brosnachadh tonnan fuaimneach ann le barrachd no nas lugha de èifeachdas. An toiseach, b’ e am prìomh fhòcas brosnachadh leusair tonnan ann an lionntan agus na diofar dhòighean brosnachaidh teirmeach de fhuaim (leudachadh teirmeach, falmhachadh, atharrachadh meud rè gluasad ìre, giorrachadh, msaa.) 47, 48, 49. Tha grunn mhonagrafan 50, 51, 52 a’ toirt seachad mion-sgrùdaidhean teòiridheach air a’ phròiseas seo agus na tagraidhean practaigeach a dh’ fhaodadh a bhith ann.
Chaidh na cùisean seo a dheasbad às dèidh sin aig diofar cho-labhairtean, agus tha tagraidhean aig brosnachadh laser de ultrasound an dà chuid ann an tagraidhean gnìomhachais de theicneòlas laser53 agus leigheas54. Mar sin, faodar a mheas gu bheil bun-bheachd a’ phròiseis leis a bheil solas laser cuisleach ag obair air meadhan sùghaidh air a stèidheachadh. Tha sgrùdadh ultrasound laser air a chleachdadh airson lorg lochdan ann an sampallan air an dèanamh le SLM55,56.
Is e buaidh tonnan clisgeadh a ghineas le leusair air stuthan bunait peening clisgeadh leusair57,58,59, a thathas cuideachd a’ cleachdadh airson làimhseachadh uachdar phàirtean air an dèanamh le stuthan cur-ris60. Ach, tha neartachadh clisgeadh leusair as èifeachdaiche air cuislean leusair nanosecond agus uachdaran air an luchdachadh gu meacanaigeach (me, le sreath de leaghan)59 leis gu bheil luchdachadh meacanaigeach ag àrdachadh cuideam as àirde.
Chaidh deuchainnean a dhèanamh gus sgrùdadh a dhèanamh air na buaidhean a dh’ fhaodadh a bhith aig diofar raointean fiosaigeach air meanbh-structar stuthan cruaidhte. Tha diagram gnìomh an t-suidheachaidh deuchainneach air a shealltainn ann am Figear 1. Chaidh laser staid-chruaidh Nd:YAG cuisleach ag obair ann am modh ruith-saor (fad cuisle \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\)) a chleachdadh. Tha gach cuisle laser air a chur tro shreath de shìoltachain dùmhlachd neodrach agus siostam truinnsear sgaradh beam. A rèir measgachadh nan sìoltachain dùmhlachd neodrach, tha lùth a’ chuisle air an targaid ag atharrachadh bho \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) gu \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). Tha am beam laser a tha air a nochdadh bhon sgaradh beam air a bhiadhadh gu photodiode airson dàta fhaighinn aig an aon àm, agus tha dà chalorimeters (photodiodes le ùine freagairt fhada nas fhaide na \(1~\text {ms}\)) air an cleachdadh gus an tachartas chun targaid agus an nochdadh bhon targaid a dhearbhadh, agus dà mheatair cumhachd (photodiodes le freagairt ghoirid). uairean\(<10~\text {ns}\)) gus cumhachd optigeach tachartais agus ath-fhillte a dhearbhadh. Chaidh caloraiméadairean agus meatairean cumhachd a chalabrachadh gus luachan a thoirt seachad ann an aonadan iomlan a’ cleachdadh lorgaire teirm-phìle Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 agus sgàthan dielectric air a chuir suas aig àite an t-sampall. Cuir fòcas air a’ ghathan air an targaid a’ cleachdadh lionsa (còmhdach an-aghaidh ath-fhillteachadh aig \(1.06 \upmu \text {m}\), fad fòcasach \(160~\text {mm}\)) agus meadhan ghathan aig uachdar an targaid 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Diagram sgemataig gnìomhach den t-suidheachadh deuchainneach: 1—leusair; 2—gath leusair; 3—criathrag dùmhlachd neodrach; 4—fotodiode sioncronaichte; 5—sgaradair gath; 6—diaphragm; 7—calorimeter a’ ghath tachartais; 8—calorimeter a’ ghath ath-fhillte; 9—meatair cumhachd gath tachartais; 10—meatair cumhachd gath ath-fhillte; 11—lionsa fòcasachaidh; 12—sgàthan; 13—sampall; 14—transducer piezoelectric leathann-bann; 15—inneal-tionndaidh 2D; 16—micro-riaghladair suidheachaidh; 17—aonad sioncronachaidh; 18—siostam togail didseatach ioma-sianal le diofar ìrean samplachaidh; 19—coimpiutair pearsanta.
Tha làimhseachadh ultrasonach air a dhèanamh mar a leanas. Bidh an leusair ag obair ann am modh ruith-saor; mar sin tha fad cuisle an leusair ≤ 150 ~ s), a tha air a dhèanamh suas de iomadh fad de mu 1.5 ~ s gach fear. Tha cumadh ùineail cuisle an leusair agus an speactram aige air a dhèanamh suas de chèis ìosal-tricead agus moduladh àrd-tricead, le tricead cuibheasach de mu 0.7 ~ MHz, mar a chithear ann am Figear 2. - Bidh an cèis tricead a’ toirt seachad an teasachadh agus an leaghadh agus an falmhachadh às dèidh sin den stuth, agus bidh am pàirt àrd-tricead a’ toirt seachad na crithidhean ultrasonach mar thoradh air a’ bhuaidh photoacoustic. Tha tonn-chruth a’ chuisle ultrasonach a chruthaicheas an leusair air a dhearbhadh sa mhòr-chuid le cumadh ùine dian cuisle an leusair. Tha e bho 7 kHz gu 2 MHz, agus is e 0.7 MHz an tricead meadhanach. Chaidh cuislean fuaimneach mar thoradh air a’ bhuaidh photo-fuaimneach a chlàradh le bhith a’ cleachdadh transducers piezoelectric leathan-bann air an dèanamh de fhilmichean polyvinylidene fluoride. Tha an tonn-chruth clàraichte agus an speactram aige air an sealltainn ann am Figear 2. Bu chòir a thoirt fa-near gu bheil cumadh nan cuislean laser àbhaisteach do laser modh saor-ruith.
Sgaoileadh thar ùine dian cuisle laser (a) agus astar fuaim (b) air cùl uachdar an t-sampall, bha na speactraman (lùb ghorm) de aon chuisle laser (c) agus cuisle ultrafhuaime (d) cuibheasach de chòrr air 300 cuisle laser (lùb dhearg).
Is urrainn dhuinn eadar-dhealachadh soilleir a dhèanamh eadar na co-phàirtean ìosal-tricead agus àrd-tricead den làimhseachadh fuaimneach a tha a’ freagairt ri cèis ìosal-tricead cuisle an leusair agus am modúlachadh àrd-tricead, fa leth. Tha tonn-fhaid nan tonn fuaimneach a chruthaicheas cèis cuisle an leusair nas àirde na 40 cm; mar sin, thathar an dùil gum bi prìomh bhuaidh nan co-phàirtean àrd-tricead leathan-bann den chomharra fuaimneach air a’ mhicro-structar.
Tha na pròiseasan fiosaigeach ann an SLM iom-fhillte agus a’ tachairt aig an aon àm air diofar sgèilean fànais is ùine. Mar sin, tha dòighean ioma-sgèile as freagarraiche airson mion-sgrùdadh teòiridheach air SLM. Bu chòir modalan matamataigeach a bhith ioma-fhiosaigeach an toiseach. Faodar meacanaig agus teirm-fiosaigs meadhan ioma-ìre “leaghadh cruaidh-leachtach” ag eadar-obrachadh le àile gas neo-ghnìomhach a mhìneachadh gu h-èifeachdach an uairsin. Tha feartan luchdan teirmeach stuthan ann an SLM mar a leanas.
Ìrean teasachaidh is fuarachaidh suas ri 10⁶⁶ K/s) / mar thoradh air rèididheachd leusair ionadail le dùmhlachdan cumhachd suas ri 10⁶⁶ W cm².
Mairidh an cearcall leaghaidh-chruadhachaidh eadar 1 agus 10 ms, a chuidicheas le bhith a’ cruadhachadh gu luath na sòn leaghaidh rè fuarachadh.
Bidh teasachadh luath uachdar an t-sampall ag adhbhrachadh cruthachadh cuideaman teirme-elastagach àrd anns an t-sreath uachdar. Tha cuibhreann gu leòr (suas ri 20%) den t-sreath pùdar air a ghalachadh gu làidir63, a tha ag adhbhrachadh luchd cuideam a bharrachd air an uachdar mar fhreagairt do ablation laser. Mar thoradh air an sin, bidh an cuideam a thèid a bhrosnachadh a’ saobhadh geoimeatraidh a’ phàirt gu mòr, gu sònraichte faisg air taicean agus eileamaidean structarail tana. Bidh an ìre teasachaidh àrd ann an annealing laser cuisleach ag adhbhrachadh gineadh tonnan cuideam ultrasonach a bhios a’ sgaoileadh bhon uachdar chun an t-substrate. Gus dàta cainneachdail ceart fhaighinn air sgaoileadh cuideam is cuideam ionadail, thèid atharrais mesoscopic den duilgheadas deformachaidh elastagach a tha ceangailte ri gluasad teas is mais a dhèanamh.
Tha co-aontaran riaghlaidh a’ mhodail a’ gabhail a-steach (1) co-aontaran gluasaid teas neo-sheasmhach far a bheil giùlan teirmeach an urra ri staid ìre (pùdar, leaghadh, polycrystalline) agus teòthachd, (2) caochlaidhean ann an deformachadh elastagach às deidh ablation leantainneach agus co-aontar leudachaidh thermoelastic. Tha an duilgheadas luach crìche air a dhearbhadh le suidheachaidhean deuchainneach. Tha an sruth laser modulaichte air a mhìneachadh air uachdar an t-sampall. Tha fuarachadh convective a’ toirt a-steach iomlaid teas giùlain agus sruth falmhachaidh. Tha an sruth mais air a mhìneachadh stèidhichte air àireamhachadh cuideam smùid shàthaichte an stuth falmhachaidh. Tha an dàimh cuideam-deformachaidh elastoplastic air a chleachdadh far a bheil an cuideam thermoelastic co-rèireach ris an eadar-dhealachadh teòthachd. Airson cumhachd ainmichte \(300~\text {W}\), tricead \(10^5~\text {Hz}\), co-èifeachd eadar-amail 100 agus \(200~\upmu \text {m}\) de thrast-thomhas èifeachdach a’ ghiùlain.
Tha Figear 3 a’ sealltainn toraidhean atharrais àireamhach air an raon leaghte a’ cleachdadh modail matamataigeach macrascopach. Tha trast-thomhas na sòn leaghaidh 200~m (radius 100~m) agus doimhneachd 40~m. Tha toraidhean an t-atharrais a’ sealltainn gu bheil teòthachd an uachdair ag atharrachadh gu h-ionadail le ùine mar 100~K air sgàth an fhactar eadar-amail àrd de mhodachadh cuisle. Tha na h-ìrean teasachaidh (V_h) agus fuarachaidh (V_c) timcheall air 10^7 agus 10^6~K/s), fa leth. Tha na luachan seo ann an deagh cho-chòrdadh ris an anailis a bh’ againn roimhe64. Tha eadar-dhealachadh òrdugh meudachd eadar (V_h) agus (V_c) ag adhbhrachadh cus teasachadh luath air an t-sreath uachdar, far nach eil giùlan teirmeach chun an t-substrate gu leòr gus an teas a thoirt air falbh. Mar sin, aig t=26~ {s}\) bidh teòthachd an uachdair a’ ruighinn 4800~\text {K}\). Faodaidh falmhachadh làidir an stuth adhbhrachadh gum bi uachdar an t-sampall fo chuideam ro mhòr agus gun tèid a rùsgadh dheth.
Toraidhean samhlachaidh àireamhach de raon leaghaidh de lasadh cuisle leusair singilte air truinnsear sampall 316L. Is e an ùine bho thoiseach a’ chuisle gu doimhneachd an amar leaghte a’ ruighinn an luach as àirde \(180~\upmu\text {s}\). Tha an isotherm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) a’ riochdachadh a’ chrìche eadar na h-ìrean leaghaidh is cruaidh. Tha na h-isobars (loidhnichean buidhe) a’ freagairt ris an cuideam toraidh air a thomhas mar ghnìomh teòthachd san ath earrann. Mar sin, anns an raon eadar an dà loidhne isotherms\(T=T_L\) agus isobars\(\sigma =\sigma _V(T)\)), tha an ìre chruaidh fo ùmhlachd luchdan meacanaigeach làidir, a dh’ fhaodadh leantainn gu atharrachaidhean anns a’ mhicrostructar.
Tha a’ bhuaidh seo air a mhìneachadh nas mionaidiche ann am Figear 4a, far a bheil ìre a’ chuideam anns an raon leaghte air a phlòtadh mar ghnìomh ùine agus astar bhon uachdar. An toiseach, tha giùlan a’ chuideam co-cheangailte ri modúlachadh dian cuisle an laser a tha air a mhìneachadh ann am Figear 2 gu h-àrd. Chaidh cuideam as àirde de mu 10 MPa fhaicinn aig mu 26 μm. San dàrna àite, tha na h-aon fheartan crith aig caochlaideachd a’ chuideam ionadail aig a’ phuing smachd ri tricead 500 kHz. Tha seo a’ ciallachadh gu bheil tonnan cuideim ultrasonach air an gineadh aig an uachdar agus an uairsin a’ sgaoileadh a-steach don t-substrate.
Tha na feartan obraichte den raon deformachaidh faisg air an raon leaghaidh air an sealltainn ann am Figear 4b. Bidh ablation leusair agus cuideam teirme-elastagach a’ gineadh tonnan deformachaidh elastagach a bhios a’ sgaoileadh a-steach don t-substrate. Mar a chithear bhon fhigear, tha dà ìre de chruthachadh cuideam ann. Rè a’ chiad ìre de \(t < 40~\upmu \text {s}\), bidh cuideam Mises ag èirigh gu \(8~\text {MPa}\) le modachadh coltach ri cuideam an uachdair. Bidh an cuideam seo a’ tachairt air sgàth ablation leusair, agus cha deach cuideam teirme-elastagach fhaicinn anns na puingean smachd leis gu robh an raon tùsail air an robh buaidh teas ro bheag. Nuair a thèid teas a sgaoileadh a-steach don t-substrate, bidh am puing smachd a’ gineadh cuideam teirme-elastagach àrd os cionn \(40~\text {MPa}\).
Tha buaidh mhòr aig na h-ìrean cuideam atharraichte a gheibhear air an eadar-aghaidh cruaidh-leaghaidh agus is dòcha gur iadsan an dòigh smachd a tha a’ riaghladh slighe an t-solaideachaidh. Tha meud na sòn deformachaidh 2 gu 3 tursan nas motha na meud na sòn leaghaidh. Mar a chithear ann am Figear 3, tha suidheachadh an isotherm leaghaidh agus an ìre cuideam co-ionann ris an cuideam toraidh air an coimeas. Tha seo a’ ciallachadh gu bheil an irradachadh laser cuisleach a’ toirt seachad luchdan meacanaigeach àrda ann an raointean ionadail le trast-thomhas èifeachdach eadar 300 agus ≈ 800 m a rèir na h-ùine sa bhad.
Mar sin, bidh am modúlachadh iom-fhillte den annealing leusair cuisleach a’ leantainn gu buaidh ultrasonach. Tha slighe taghaidh a’ mhicro-structair eadar-dhealaichte ma thèid a choimeas ris an SLM às aonais luchdachadh ultrasonach. Bidh roinnean neo-sheasmhach deformaichte a’ leantainn gu cearcallan cunbhalach de dhlùthadh agus sìneadh anns an ìre chruaidh. Mar sin, bidh cruthachadh chrìochan gràin ùra agus crìochan fo-ghràin comasach. Mar sin, faodar na feartan micro-structarail atharrachadh a dh’aona ghnothach, mar a chithear gu h-ìosal. Tha na co-dhùnaidhean a fhuaireadh a’ toirt cothrom prototype SLM air a bhrosnachadh le ultrasonach air a bhrosnachadh le modúlachadh cuisle a dhealbhadh. Anns a’ chùis seo, faodar an inductor piezoelectric 26 a thathas a’ cleachdadh ann an àiteachan eile a dhùnadh a-mach.
(a) Bruthadh mar ghnìomh ùine, air a thomhas aig diofar astaran bhon uachdar 0, 20 agus 40m air feadh ais na co-chothromachd. (b) Cuideam Von Mises a tha an urra ri ùine air a thomhas ann am maitrís chruaidh aig astaran 70, 120 agus 170m bho uachdar an t-sampall.
Chaidh deuchainnean a dhèanamh air pleitean stàilinn gun smal AISI 321H le tomhasan 20 uair 20 uair 5 mm. Às dèidh gach cuisle laser, gluaisidh am pleit 50 m, agus tha meadhan gath an laser air uachdar an targaid mu 100 m. Thèid suas ri còig pasan gath às dèidh a chèile a dhèanamh air an aon shlighe gus ath-leaghadh an stuth giullaichte a bhrosnachadh airson grinneachadh gràin. Anns a h-uile cùis, chaidh an raon ath-leaghte a shònachadh, a rèir co-phàirt crithidh rèididheachd an laser. Tha seo a’ leantainn gu lùghdachadh còrr is 5 uiread ann an raon cuibheasach a’ ghràin. Tha Figear 5 a’ sealltainn mar a bhios meanbh-structar na sgìre air a leaghadh le laser ag atharrachadh leis an àireamh de chuairtean ath-leaghaidh (pasan) às dèidh sin.
Fo-phlotaichean (a, d, g, j) agus (b, e, h, k) – meanbh-structar nan roinnean leaghte leusair, fo-phlotaichean (c, f, i, l) – sgaoileadh farsaingeachd nan gràinean dathte. Tha sgàileadh a’ riochdachadh nam mìrean a chaidh a chleachdadh gus an histogram obrachadh a-mach. Tha na dathan a’ freagairt ri roinnean nan gràinean (faic am bàr dath aig mullach an histogram). Tha fo-phlotaichean (ac) a’ freagairt ri stàilinn gun smal gun làimhseachadh, agus tha fo-phlotaichean (df), (gi), (jl) a’ freagairt ri 1, 3 agus 5 ath-leaghadh.
Leis nach eil lùth cuisle an leusair ag atharrachadh eadar slighean às dèidh sin, tha doimhneachd na sòn leaghte mar an ceudna. Mar sin, tha an seanal às dèidh sin a’ “còmhdach” an tè roimhe gu tur. Ach, tha an histogram a’ sealltainn gu bheil an raon gràin cuibheasach agus meadhanach a’ lùghdachadh le àireamh a tha a’ sìor fhàs de shlighean. Dh’ fhaodadh seo a bhith a’ nochdadh gu bheil an leusair ag obair air an t-substrate seach an leaghadh.
Dh’fhaodadh gum bi grinneachadh gràin air adhbhrachadh le fuarachadh luath an amar leaghte65.Chaidh sreath eile de dheuchainnean a dhèanamh anns an deach uachdar phlàtaichean stàilinn gun smal (321H agus 316L) a nochdadh do rèididheachd laser tonn leantainneach san àile (Figear 6) agus falamh (Figear 7).Tha cumhachd cuibheasach an laser (300 W agus 100 W, fa leth) agus doimhneachd an amar leaghte faisg air toraidhean deuchainneach an laser Nd:YAG ann am modh saor-ruith.Ach, chaidh structar colbhach àbhaisteach fhaicinn.
Meanbh-structar na sgìre air a leaghadh le laser de laser tonn leantainneach (cumhachd seasmhach 300 W, astar sganaidh 200 mm/s, stàilinn gun smal AISI 321H).
(a) Meanbh-structar agus (b) ìomhaigh diffraction sgapadh-cùil dealanach de raon leaghaidh an leusair de leusair tonn leantainneach falamh (cumhachd seasmhach 100 W, astar sganaidh 200 mm/s, stàilinn gun smal AISI 316L) \ (\sim 2~\text {mbar }\).
Mar sin, tha e air a shealltainn gu soilleir gu bheil buaidh mhòr aig moduladh iom-fhillte dian cuisle an leusair air a’ mhicro-structar a thig às. Tha sinn a’ creidsinn gu bheil a’ bhuaidh seo meacanaigeach ann an nàdar agus gu bheil i a’ tachairt air sgàth gineadh chreathadh ultrasonic a’ sgaoileadh bhon uachdar air a rèididheachd den leaghadh domhainn a-steach don sampall. Fhuaireadh toraidhean coltach ris ann an 13, 26, 34, 66, 67 a’ cleachdadh transducers piezoelectric taobh a-muigh agus sonotrodes a’ toirt seachad ultrasonic àrd-dian ann an diofar stuthan a’ gabhail a-steach aloidh Ti-6Al-4V 26 agus stàilinn gun staoin 34 mar thoradh air. Tha an dòigh-obrach a dh’ fhaodadh a bhith ann air a thomhas mar a leanas. Faodaidh ultrasonic dian cavitation fuaimneach adhbhrachadh, mar a chithear ann an ìomhaighean X-ghath synchrotron in situ ultra-luath. Bidh tuiteam nam builgeanan cavitation an uair sin a’ gineadh tonnan clisgeadh anns an stuth leaghte, aig a bheil cuideam aghaidh a’ ruighinn timcheall air \(100~\text {MPa}\)69. Is dòcha gu bheil tonnan clisgeadh mar sin làidir gu leòr airson cruthachadh niuclasan ìre chruaidh de mheud èiginneach a bhrosnachadh ann an lionntan mòra, a’ cur dragh air structar gràin colbhach àbhaisteach de stuth-leasachaidh sreath-air-sreath. saothrachadh.
An seo, tha sinn a’ moladh dòigh eile a tha an urra ri atharrachadh structarail le sonication dian. Tha an stuth dìreach às deidh dha cruadhachadh aig teòthachd àrd faisg air a’ phuing leaghaidh agus tha cuideam toraidh gu math ìosal aige. Faodaidh tonnan ultrasonach dian adhbhrachadh gum bi sruthadh plastaig ag atharrachadh structar gràin an stuth teth a tha dìreach air cruadhachadh. Ach, tha dàta deuchainneach earbsach air eisimeileachd teòthachd cuideam toraidh ri fhaighinn aig \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (faic Figear 8). Mar sin, gus an teòiridh a dhearbhadh, rinn sinn atharrais daineamaigs moileciuil (MD) de cho-dhèanamh Fe-Cr-Ni coltach ri stàilinn AISI 316 L gus giùlan cuideam toraidh faisg air a’ phuing leaghaidh a mheasadh. Gus an cuideam toraidh obrachadh a-mach, chleachd sinn an dòigh fois cuideam rùsgadh MD a tha mionaideach ann an 70, 71, 72, 73. Airson na h-àireamhachadh eadar-obrachaidh eadar-atomach, chleachd sinn am Modail Atamach Leabaithe (EAM) bho 74. Chaidh atharrais MD a dhèanamh a’ cleachdadh còdan LAMMPS 75,76. Thèid mion-fhiosrachadh mun atharrais MD fhoillseachadh an àiteigin eile. Is iad toraidhean àireamhachadh MD de chuideam toraidh mar ghnìomh teòthachd air a shealltainn ann am Figear 8 còmhla ri dàta deuchainneach a tha ri fhaighinn agus measaidhean eile77,78,79,80,81,82.
Cuideam toraidh airson stàilinn gun smal austenitic ìre AISI 316 agus co-dhèanamh modail an aghaidh teòthachd airson atharrais MD. Tomhais deuchainneach bho iomraidhean: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. thoir iomradh air. Tha (f)82 na mhodail empirigeach de eisimeileachd cuideam toraidh-teòthachd airson tomhas cuideam in-loidhne rè saothrachadh cur-ris le taic laser. Tha toraidhean atharrais MD mòr-sgèile san sgrùdadh seo air an comharrachadh mar \(\vartriangleleft\) airson criostal singilte neo-chrìochnach gun lochd agus \(\vartriangleright\) airson gràinean crìochnaichte a’ toirt aire don mheud gràin cuibheasach tro dhàimh Hall-Petch Meudan\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Chithear aig \(T>1500~\text {K}\) gu bheil an cuideam toraidh a’ tuiteam fo \(40~\text {MPa}\). Air an làimh eile, tha tuairmsean a’ ro-innse gu bheil an leud ultrasonach a chaidh a chruthachadh leis an leusair nas àirde na \(40~\text {MPa}\) (faic Figear 4b), a tha gu leòr airson sruthadh plastaig a bhrosnachadh anns an stuth teth a tha dìreach air cruadhachadh.
Chaidh sgrùdadh deuchainneach a dhèanamh air cruthachadh meanbh-structar stàilinn gun smal austenitic 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) rè SLM a’ cleachdadh stòr laser cuisleach atharraichte le dian iom-fhillte.
Chaidh lùghdachadh ann am meud nan gràn a lorg anns an raon leaghaidh laser mar thoradh air ath-leaghadh laser leantainneach an dèidh 1, 3 no 5 pasan.
Tha modaladh macrascopach a’ sealltainn gu bheil meud measta na sgìre far am faodadh deformachadh ultrasonach buaidh mhath a thoirt air aghaidh an t-solarachaidh suas ri 1 mm.
Tha am modail MD microscopach a’ sealltainn gu bheil neart toraidh stàilinn gun smal austenitic AISI 316 air a lùghdachadh gu mòr gu \(40~\text {MPa}\) faisg air a’ phuing leaghaidh.
Tha na toraidhean a fhuaireadh a’ moladh dòigh airson smachd a chumail air meanbh-structar stuthan le bhith a’ cleachdadh giullachd laser modulaichte iom-fhillte agus dh’ fhaodadh e a bhith na bhunait airson atharrachaidhean ùra a chruthachadh air an dòigh-obrach SLM cuisleach.
Liu, Y. et al. Mean-fhàs meanbh-structarail agus feartan meacanaigeach de cho-dhèanamhan TiB2/AlSi10Mg in situ le leaghadh roghnach leusair [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Innleadaireachd crìochan gràin ath-chriostalachadh leaghadh roghnach leusair de stàilinn gun smal 316L [J]. Iris Alma Mater. 200, 366–377. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Leasachadh in situ air meanbh-structaran ceapaire le ductileachd nas fheàrr le bhith ag ath-theasachadh leusair de aloidhean titanium leaghte leusair. science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Saothrachadh cur-ris de phàirtean Ti-6Al-4V le tasgadh meatailt leusair (LMD): pròiseas, meanbh-structar agus feartan meacanaigeach. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Modaladh meanbh-structarail de thasgadh lùtha air a stiùireadh le pùdar meatailt leusair de Alloy 718. Cuir ri.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al.Sgrùdadh Ìomhaighean Oir Bragg Neutron Paraimeadrach air Sampallan Dèanta gu Leasachail air an Làimhseachadh le Laser Shock Peening.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Meanbh-structar caisead agus feartan meacanaigeach Ti-6Al-4V air a dhèanamh le bhith a’ leaghadh gathan dealanach. Iris Alma Mater. 97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).