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.
Predlaže se novi mehanizam temeljen na selektivnom laserskom taljenju za kontrolu mikrostrukture proizvoda u proizvodnom procesu. Mehanizam se oslanja na generiranje ultrazvučnih valova visokog intenziteta u rastaljenom sloju složenim laserskim zračenjem moduliranim intenzitetom. Eksperimentalne studije i numeričke simulacije pokazuju da je ovaj mehanizam upravljanja tehnički izvediv i da se može učinkovito integrirati u dizajn modernih strojeva za selektivno lasersko taljenje.
Aditivna proizvodnja (AM) dijelova složenog oblika značajno je porasla posljednjih desetljeća. Međutim, unatoč raznolikosti procesa aditivne proizvodnje, uključujući selektivno lasersko taljenje (SLM)1,2,3, izravno lasersko taloženje metala4,5,6, taljenje elektronskim snopom7,8 i druge9,10, dijelovi mogu biti neispravni. To je uglavnom zbog specifičnih karakteristika procesa skrućivanja rastaljene kupke povezanih s visokim toplinskim gradijentima, visokim brzinama hlađenja i složenošću ciklusa zagrijavanja u materijalima za taljenje i pretaljivanje11, što dovodi do epitaksijalnog rasta zrna i značajne poroznosti12,13. Rezultati pokazuju da je potrebno kontrolirati toplinske 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 bave se učinkom vibracijske obrade na proces skrućivanja u konvencionalnim procesima lijevanja14,15. Međutim, primjena vanjskog polja na rasute taline ne proizvodi željenu mikrostrukturu materijala. Ako je volumen tekuće faze malen, situacija se dramatično mijenja. U ovom slučaju, vanjsko polje značajno utječe na proces skrućivanja. Elektromagnetski učinci razmatrani su tijekom 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). Ultrazvučno inducirano pročišćavanje zrna pripisuje se povećanoj zoni pothlađenja sastava zbog smanjenog temperaturnog gradijenta i pojačanja ultrazvuka za stvaranje novih kristalita putem kavitacije.
U ovom radu istražili smo mogućnost promjene strukture zrna austenitnih nehrđajućih čelika sonikacijom rastaljene kupelji zvučnim valovima koje generira sam laser za taljenje. Modulacija intenziteta laserskog zračenja koje pada na medij koji apsorbira svjetlost rezultira stvaranjem 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 provodi laserska površinska obrada. Međutim, ako se takva laserska obrada izvodi na površini svakog sloja, tijekom nakupljanja sloj po sloj, postižu se učinci na cijelom volumenu ili na odabranim dijelovima volumena. Drugim riječima, ako se dio izrađuje sloj po sloj, laserska površinska obrada svakog sloja ekvivalentna je „laserskoj volumenskoj obradi“.
Dok se u ultrazvučnoj terapiji temeljenoj na ultrazvučnoj rogovima, ultrazvučna energija stojnog zvučnog vala distribuira po cijelom dijelu komponente, dok je laserski inducirani ultrazvučni intenzitet visoko koncentriran blizu točke gdje se lasersko zračenje apsorbira. Korištenje sonotrode u SLM stroju za fuziju praha je komplicirano jer gornja površina praha izložena laserskom zračenju treba ostati nepomična. Osim 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 tlak unutar cijelog rastaljenog bazena ne smije prelaziti 0,1% maksimalnog tlaka koji generira glava za zavarivanje, jer je valna duljina ultrazvučnih valova frekvencije od 20 kHz u nehrđajućem čeliku ≈ 0,3 m, a dubina je obično manja od ≈ 0,3 mm. Stoga, učinak ultrazvuka na kavitaciju može biti malen.
Treba napomenuti da je upotreba laserskog zračenja moduliranog intenziteta u izravnom laserskom taloženju metala aktivno područje istraživanja35,36,37,38.
Toplinski učinak laserskog zračenja koje pada na medij osnova je gotovo svih laserskih tehnika 39, 40 za obradu materijala, kao što su rezanje41, zavarivanje, kaljenje, bušenje42, čišćenje površina, legiranje površina, poliranje površina43 itd. Izum lasera potaknuo je novi razvoj tehnika obrade materijala, a preliminarni rezultati sažeti su 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 učinkovitošću. U početku je glavni fokus bio na laserskom pobuđivanju valova u tekućinama i različitim toplinskim mehanizmima pobuđivanja zvuka (toplinsko širenje, isparavanje, promjena volumena tijekom faznog prijelaza, kontrakcija itd.) 47, 48, 49. Brojne monografije 50, 51, 52 pružaju teorijske analize ovog procesa i njegovih mogućih praktičnih primjena.
O ovim pitanjima se naknadno raspravljalo na raznim konferencijama, a laserska pobuda 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 koristi se za otkrivanje nedostataka 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 najučinkovitije je na nanosekundnim laserskim impulsima i mehanički opterećenim površinama (npr. sa slojem tekućine)59 jer mehaničko opterećenje povećava vršni tlak.
Provedeni su eksperimenti kako bi se istražili mogući učinci različitih fizičkih polja na mikrostrukturu skrućenih materijala. Funkcionalni dijagram eksperimentalnog uređaja prikazan je na slici 1. Korišten je pulsirajući Nd:YAG laser u čvrstom stanju koji radi u slobodnom načinu rada (trajanje impulsa \(τ _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )). Svaki laserski impuls prolazi kroz niz filtera neutralne gustoće i sustav ploča za razdjelnik snopa. Ovisno o kombinaciji filtera neutralne gustoće, energija impulsa na meti varira od \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) do \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). Laserska zraka reflektirana 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 zračenja od mete, 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 kako bi se dobile vrijednosti u apsolutnim jedinicama pomoću termopilnog detektora Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 i dielektričnog zrcala postavljenog na mjestu uzorka. Fokusirajte snop na metu pomoću leće (antirefleksni premaz na \(1,06 \upmu \text {m}\), žarišne duljine \(160~\text {mm}\)) i struka snopa na površini mete 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Funkcionalni shematski dijagram eksperimentalnog uređaja: 1 - laser; 2 - laserska zraka; 3 - neutralni filtar gustoće; 4 - sinkronizirana 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 - leća za fokusiranje; 12 - zrcalo; 13 - uzorak; 14 - širokopojasni piezoelektrični pretvornik; 15 - 2D pretvarač; 16 - mikrokontroler za pozicioniranje; 17 - jedinica za sinkronizaciju; 18 - višekanalni digitalni sustav akvizicije s različitim brzinama uzorkovanja; 19 - osobno računalo.
Ultrazvučna obrada provodi se na sljedeći način. Laser radi u načinu rada slobodnog rada; stoga je trajanje laserskog impulsa \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), što se sastoji od više trajanja od približno \(1,5~\upmu \text {s } \) \). Vremenski oblik laserskog impulsa i njegov spektar sastoje se od niskofrekventne ovojnice i visokofrekventne modulacije, s prosječnom frekvencijom od oko \(0,7~\text {MHz}\), kao što je prikazano na slici 2. - Frekvencijska ovojnica osigurava zagrijavanje i naknadno taljenje i isparavanje materijala, dok visokofrekventna komponenta osigurava ultrazvučne vibracije zbog fotoakustičnog efekta. Oblik vala ultrazvučnog impulsa generiranog laserom uglavnom je određen vremenskim oblikom intenziteta laserskog impulsa. Frekvencija je od 7 kHz do 2 MHz, a središnja frekvencija je 0,7 MHz. Akustični impulsi uzrokovani fotoakustičnim efektom snimljeni su pomoću širokopojasnih piezoelektričnih pretvarača izrađenih od poliviniliden fluoridnih filmova. Snimljeni valni oblik i njegov spektar prikazani su na slici 2. Treba napomenuti da je oblik laserskih impulsa tipičan za laser sa slobodnim radom.
Vremenska raspodjela intenziteta laserskog impulsa (a) i brzine zvuka na stražnjoj površini uzorka (b), spektri laserskog impulsa (c) i ultrazvučnog impulsa (d) usrednjeni na 300 laserskih impulsa (crvena krivulja) za jedan laserski impuls (plava krivulja).
Jasno možemo razlikovati niskofrekventne i visokofrekventne komponente akustičke obrade koje odgovaraju niskofrekventnoj ovojnici laserskog impulsa i visokofrekventnoj modulaciji. Valne duljine akustičnih valova generiranih ovojnicom laserskog impulsa prelaze 40 cm; stoga se očekuje glavni učinak 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 u početku bi trebali biti višefizički. Mehanika i termofizika višefaznog medija "taline kruto-tekućine" koja međudjeluje s atmosferom inertnog plina tada se mogu učinkovito opisati. Karakteristike toplinskih 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 taljenja i skrućivanja traje između 1 i (10~\text {ms}), što doprinosi brzom skrućivanju zone taljenja tijekom hlađenja.
Brzo zagrijavanje površine uzorka rezultira stvaranjem visokih termoelastičnih naprezanja u površinskom sloju. Značajan dio (do 20%) sloja praha snažno se isparava63, što rezultira dodatnim tlačnim opterećenjem na površini kao odgovor na lasersku ablaciju. Posljedično, inducirano naprezanje značajno iskrivljuje geometriju dijela, posebno u blizini nosača i tankih strukturnih elemenata. Visoka brzina zagrijavanja kod pulsirajućeg laserskog žarenja rezultira stvaranjem ultrazvučnih valova naprezanja koji se šire od površine do podloge. Kako bi se dobili točni kvantitativni podaci o lokalnoj raspodjeli naprezanja i deformacije, provodi se mezoskopska simulacija problema elastične deformacije konjugirane s prijenosom topline i mase.
Upravljačke jednadžbe modela uključuju (1) nestacionarne jednadžbe prijenosa topline gdje toplinska vodljivost ovisi o faznom stanju (prah, talina, polikristalni materijal) i temperaturi, (2) fluktuacije elastične deformacije nakon ablacije kontinuuma i jednadžbu termoelastične ekspanzije. Problem rubnih vrijednosti određen je eksperimentalnim uvjetima. Modulirani laserski tok definiran je na površini uzorka. Konvektivno hlađenje uključuje konduktivnu izmjenu topline i isparavajući tok. Maseni tok definiran je na temelju izračuna tlaka zasićene pare isparavajućeg materijala. Koristi se elastoplastični odnos naprezanja i deformacije gdje je termoelastično naprezanje proporcionalno 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 rastaljene zone korištenjem makroskopskog matematičkog modela. Promjer zone taljenja je 200~\upmu \text {m}\) (100~\upmu \text {m}\) polumjer) 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 \(10^7\) odnosno \(10^6~\text {K}/\text {s}\). 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 toplinska vodljivost na podlogu nedovoljna za odvođenje topline. Stoga, pri \(t=26~\upmu \text {s}\) temperatura površine doseže vrhunac od \(4800~\text {K}\). Snažno isparavanje materijala može uzrokovati pretjerani pritisak na površinu uzorka i njezino ljuštenje.
Rezultati numeričke simulacije zone taljenja žarenja jednim laserskim impulsom na uzorku ploče 316L. Vrijeme od početka impulsa do maksimalne vrijednosti dubine rastaljene kupe je \(180~\upmu\text {s}\). Izoterma\(T = T_L = 1723~\text {K}\) predstavlja granicu između tekuće i krute faze. Izobare (žute linije) odgovaraju granici tečenja izračunatoj kao funkcija temperature u sljedećem odjeljku. Stoga je u području između dvije izolinije (izoterme\(T=T_L\) i izobare\(\sigma =\sigma _V(T)\)), kruta faza izložena jakim mehaničkim opterećenjima, što može dovesti do promjena u mikrostrukturi.
Ovaj učinak je dalje objašnjen na slici 4a, gdje je razina tlaka u rastaljenoj zoni prikazana kao funkcija vremena i udaljenosti od površine. Prvo, ponašanje tlaka povezano je s modulacijom intenziteta laserskog impulsa opisanog na slici 2 gore. Maksimalni tlak s od oko 10 MPa uočen je pri oko t = 26 μm. Drugo, fluktuacija lokalnog tlaka u kontrolnoj točki ima iste oscilacijske karakteristike kao i frekvencija od 500 kHz. To znači da se ultrazvučni valovi tlaka generiraju na površini, a zatim se šire u podlogu.
Izračunate karakteristike zone deformacije u blizini zone taljenja prikazane su na slici 4b. Laserska ablacija i termoelastično naprezanje generiraju elastične deformacijske valove koji se šire u podlogu. Kao što se može vidjeti na slici, postoje dvije faze stvaranja naprezanja. Tijekom prve faze od t < 40~\upmu \text {s}\), Misesovo naprezanje raste na \(8~\text {MPa}\) s modulacijom sličnom površinskom tlaku. Ovo naprezanje nastaje zbog laserske ablacije, a u kontrolnim točkama nije uočeno termoelastično naprezanje jer je početna zona utjecaja topline bila premalena. Kada se toplina rasprši u podlogu, kontrolna točka generira visoko termoelastično naprezanje iznad \(40~\text {MPa}\).
Dobivene modulirane razine naprezanja 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 taljenja. Kao što je prikazano na slici 3, uspoređuju se položaj izoterme taljenja i razina naprezanja jednaka granici tečenja. To znači da pulsirajuće lasersko zračenje pruža visoka mehanička opterećenja u lokaliziranim područjima s efektivnim promjerom između 300 i 800 m, ovisno o trenutnom vremenu.
Stoga, kompleksna modulacija pulsirajućeg laserskog žarenja dovodi do ultrazvučnog efekta. Put odabira mikrostrukture je drugačiji u usporedbi sa SLM-om bez ultrazvučnog opterećenja. Deformirana nestabilna područja dovode do periodičnih ciklusa kompresije i istezanja u čvrstoj fazi. Stoga je izvedivo stvaranje novih granica zrna i granica podzrna. Stoga se mikrostrukturna svojstva mogu namjerno mijenjati, kao što je prikazano u nastavku. Dobiveni zaključci pružaju mogućnost projektiranja prototipa SLM-a induciranog pulsnom modulacijom, pokretanog ultrazvukom. U ovom slučaju, piezoelektrični induktor 26 koji se koristi drugdje može se isključiti.
(a) Tlak kao funkcija vremena, izračunat na različitim udaljenostima od površine 0, 20 i (40~\upmu \text {m}\) duž osi simetrije. (b) Vremenski ovisni Von Misesov napon izračunat u čvrstoj matrici na udaljenostima 70, 120 i (170~\upmu \text {m}\) od površine uzorka.
Eksperimenti su provedeni na pločama od nehrđajućeg čelika AISI 321H dimenzija \(20\puta 20\puta 5~\text {mm}\). Nakon svakog laserskog impulsa, ploča se pomiče \(50~\upmu \text {m}\), a struk laserskog snopa na ciljanoj površini je oko \(100~\upmu \text {m}\). Izvodi se do pet uzastopnih prolaza snopa duž iste staze kako bi se izazvalo ponovno taljenje obrađenog materijala radi pročišćavanja zrna. U svim slučajevima, zona ponovnog taljenja je sonicirana, ovisno o oscilatornoj komponenti laserskog zračenja. To rezultira smanjenjem prosječne površine zrna više od 5 puta. Slika 5 prikazuje kako se mikrostruktura laserski taljenog područja mijenja s brojem sljedećih ciklusa ponovnog taljenja (prolaza).
Podgrafikoni (a, d, g, j) i (b, e, h, k) – mikrostruktura laserski taljenih područja, podgrafikoni (c, f, i, l) – površinska raspodjela obojenih zrna. Sjenčanje predstavlja čestice korištene za izračun histograma. Boje odgovaraju područjima zrna (vidi traku boja na vrhu histograma). Podgrafikoni (ac) odgovaraju netretiranom nehrđajućem čeliku, a podgrafikoni (df), (gi), (jl) odgovaraju 1, 3 i 5 taljenja.
Budući da se energija laserskog impulsa ne mijenja između sljedećih prolaza, dubina rastaljene 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 talinu.
Profinjenje zrna može biti uzrokovano brzim hlađenjem rastaljenog bazena65. Proveden je još jedan niz 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) i dubina rastaljenog bazena bliske su eksperimentalnim rezultatima Nd:YAG lasera u slobodnom načinu rada. Međutim, uočena je tipična stupčasta struktura.
Mikrostruktura laserski rastaljenog područja lasera kontinuiranog vala (konstantna snaga 300 W, brzina skeniranja 200 mm/s, nehrđajući čelik AISI 321H).
(a) Mikrostruktura i (b) slike povratnog raspršenja elektrona laserski rastaljenog 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 taj učinak mehaničke prirode i nastaje zbog stvaranja ultrazvučnih vibracija koje se šire s 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 raznim 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 pokazano u ultrabrzom in situ sinkrotronskom rendgenskom snimanju. Kolaps kavitacijskih mjehurića zauzvrat generira udarne valove u rastaljenom materijalu, čiji prednji tlak doseže oko \(100~\text {MPa}\)69. Takvi udarni valovi mogu biti dovoljno jaki da potaknu stvaranje jezgri 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 tališta i ima izuzetno nisku granicu tečenja. Intenzivni ultrazvučni valovi mogu uzrokovati da plastični tok promijeni strukturu zrna vrućeg, tek skrućenog materijala. Međutim, pouzdani eksperimentalni podaci o temperaturnoj ovisnosti granice tečenja dostupni su na \(T\lessim 1150~\text {K}\) (vidi sliku 8). Stoga smo, kako bismo testirali ovu hipotezu, proveli simulacije molekularne dinamike (MD) sastava Fe-Cr-Ni sličnog čeliku AISI 316 L kako bismo procijenili ponašanje granice tečenja blizu tališta. Za izračun granice tečenja koristili smo tehniku ​​relaksacije napona smicanja MD detaljno opisanu u 70, 71, 72, 73. Za izračune međuatomske interakcije koristili smo ugrađeni atomski model (EAM) iz 74. MD simulacije su provedene pomoću LAMMPS kodova 75,76. Pojedinosti MD simulacija bit će objavljene drugdje. Rezultati MD izračuna Napon tečenja kao funkcija temperature prikazan je na slici 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 ovisnosti granice tečenja o temperaturi za mjerenje naprezanja u liniji tijekom 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 granica tečenja pada ispod 40 MPa. S druge strane, procjene predviđaju da laserski generirana ultrazvučna amplituda prelazi 40 MPa (vidi sliku 4b), što je dovoljno za induciranje plastičnog tečenja u vrućem materijalu koji se upravo skrutnuo.
Eksperimentalno je istraženo formiranje mikrostrukture austenitnog nehrđajućeg čelika 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) tijekom SLM-a korištenjem kompleksnog pulsirajućeg laserskog izvora s moduliranim intenzitetom.
Smanjenje veličine zrna u zoni laserskog taljenja utvrđeno je zbog kontinuiranog laserskog taljenja nakon 1, 3 ili 5 prolaza.
Makroskopsko modeliranje pokazuje da je procijenjena veličina područja gdje ultrazvučna deformacija može pozitivno utjecati na frontu skrućivanja do \(1~\text {mm}\).
Mikroskopski MD model pokazuje da je granica razvlačenja austenitnog nehrđajućeg čelika AISI 316 značajno smanjena na \(40~\text {MPa}\) blizu točke taljenja.
Dobiveni rezultati sugeriraju metodu za kontrolu mikrostrukture materijala korištenjem kompleksne modulirane laserske obrade i mogli bi poslužiti kao osnova za stvaranje novih modifikacija pulsne SLM tehnike.
Liu, Y. i dr. Mikrostrukturna evolucija i mehanička svojstva in situ TiB2/AlSi10Mg kompozita dobivenih laserskim selektivnim taljenjem [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 taljenja nehrđajućeg čelika 316L [J]. Journal of Alma Mater. 200, 366–377. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. i Qiu, C. Razvoj sendvič mikrostruktura s poboljšanom duktilnošću in situ laserskim ponovnim zagrijavanjem laserski rastaljenih titanovih legura. 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 taloženja 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 Braggova studija snimanja rubova 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 aditivno izrađenog taljenjem elektronskim snopom. Alma Mater Journal. 97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).