Mèsi paske ou te vizite Nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a pa gen sipò limite pou CSS. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou w itilize yon navigatè ki ajou (oswa dezaktive mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinyèl, nou pral montre sit la san estil ak JavaScript.
Yo pwopoze yon nouvo mekanis ki baze sou fizyon lazè selektif pou kontwole mikwoestrikti pwodwi yo nan pwosesis fabrikasyon an. Mekanis lan depann sou jenerasyon vag ultrasons gwo entansite nan pisin fonn lan pa iradyasyon lazè konplèks ak modulation entansite. Etid eksperimantal ak simulation nimerik montre ke mekanis kontwòl sa a teknikman posib epi li ka entegre efektivman nan konsepsyon machin modèn pou fizyon lazè selektif.
Fabrikasyon aditif (AM) pou pyès ki gen fòm konplèks te grandi anpil nan dènye deseni yo. Sepandan, malgre varyete pwosesis fabrikasyon aditif yo, tankou fizyon lazè selektif (SLM)1,2,3, depo metal lazè dirèk4,5,6, fizyon gwo bout bwa elektwon7,8 ak lòt ankò9,10, pyès yo ka defektye. Sa a se sitou akòz karakteristik espesifik pwosesis solidifikasyon pisin fonn ki asosye ak gradyan tèmik ki wo, vitès refwadisman ki wo, ak konpleksite sik chofaj nan fizyon ak refonn materyèl la 11, ki mennen nan kwasans grenn epitaksi ak porosit siyifikatif. 12,13 te montre ke li nesesè pou kontwole gradyan tèmik, vitès refwadisman, ak konpozisyon alyaj, oswa aplike chòk fizik adisyonèl pa chan ekstèn ki gen divès pwopriyete, tankou iltrason, pou reyalize estrikti grenn ekiaks amann.
Anpil piblikasyon konsène efè tretman vibrasyon sou pwosesis solidifikasyon nan pwosesis konvansyonèl yo14,15. Sepandan, aplike yon chan ekstèn sou yon fonn an gwo pa pwodui mikwoestrikti materyèl ki nesesè a. Si volim faz likid la piti, sitiyasyon an chanje dramatikman. Nan ka sa a, chan ekstèn nan afekte pwosesis solidifikasyon an anpil. Yo te konsidere chan son entans16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, brase ak ark28 ak osilasyon29, efè elektwomayetik pandan ark plasma pulsasyon30,31 ak lòt metòd32. Kole sou substrat la lè l sèvi avèk yon sous iltrason ekstèn ki gen gwo entansite (a 20 kHz). Rafinaman grenn ki pwovoke pa iltrason an atribiye a ogmantasyon zòn sou-refwadisman konstititif la akòz gradyan tanperati ki redwi ak amelyorasyon iltrason pou jenere nouvo kristalit atravè kavitasyon.
Nan travay sa a, nou te envestige posiblite pou chanje estrikti grenn asye pur austenitik yo lè nou sonifye pisin fonn lan ak vag son ki pwodui pa lazè k ap fonn nan li menm. Modilasyon entansite radyasyon lazè ki ensidan sou mwayen ki absòbe limyè a lakòz jenerasyon vag ultrasonik, ki modifye mikwoestrikti materyèl la. Modilasyon entansite radyasyon lazè sa a ka fasil pou entegre nan enprimant 3D SLM ki deja egziste yo. Eksperyans yo nan travay sa a te fèt sou plak asye pur ki gen sifas yo te ekspoze a radyasyon lazè ak entansite modulation. Kidonk, teknikman, tretman sifas lazè fèt. Sepandan, si yo fè yon tretman lazè konsa sou sifas chak kouch, pandan akimilasyon kouch pa kouch, yo reyalize efè sou tout volim nan oswa sou pati chwazi nan volim nan. Nan lòt mo, si yo konstwi pati a kouch pa kouch, tretman sifas lazè chak kouch ekivalan a "tretman volim lazè".
Alòske nan terapi ultrason ki baze sou kòn ultrasonik, enèji ultrasonik vag son estasyonè a distribye nan tout konpozan an, pandan ke entansite ultrasonik pwovoke pa lazè a trè konsantre toupre pwen kote radyasyon lazè a absòbe. Sèvi ak yon sonotrod nan yon machin fizyon kabann poud SLM konplike paske sifas anwo kabann poud ki ekspoze a radyasyon lazè a ta dwe rete estasyonè. Anplis de sa, pa gen okenn estrès mekanik sou sifas anwo pyès la. Se poutèt sa, estrès akoustik la pre zewo epi vitès patikil la gen yon anplitid maksimòm sou tout sifas anwo pyès la. Presyon son anndan tout pisin fonn lan pa ka depase 0.1% nan presyon maksimòm ki pwodui pa tèt soude a, paske longèdonn vag ultrasonik ki gen yon frekans 20 kHz nan asye pur se \(\sim 0.3~\text {m}\), epi pwofondè a anjeneral mwens pase \(\sim 0.3~\text {mm}\). Se poutèt sa, efè ultrason sou kavitasyon an ka piti.
Li enpòtan pou note ke itilizasyon radyasyon lazè ak entansite modulation nan depo metal lazè dirèk se yon domèn rechèch aktif35,36,37,38.
Efè tèmik radyasyon lazè ki ensidan sou milye a se baz pou prèske tout teknik lazè pou pwosesis materyèl 39, 40, tankou koupe 41, soude, redi, perçage 42, netwayaj sifas, alyaj sifas, polisaj sifas 43, elatriye. Teknoloji pwosesis materyèl yo ak rezilta preliminè rezime nan anpil revizyon ak monografi 44, 45, 46.
Li enpòtan pou note ke nenpòt aksyon ki pa estasyonè sou mwayen an, tankou aksyon lazè sou mwayen absòban an, lakòz eksitasyon ond akoustik ladan l avèk plis oswa mwens efikasite. Okòmansman, prensipal konsantrasyon an te sou eksitasyon lazè ond nan likid ak divès mekanis eksitasyon tèmik son an (ekspansyon tèmik, evaporasyon, chanjman volim pandan tranzisyon faz, kontraksyon, elatriye) 47, 48, 49. Anpil monografi 50, 51, 52 bay analiz teyorik sou pwosesis sa a ak posib aplikasyon pratik li yo.
Pwoblèm sa yo te diskite apre sa nan plizyè konferans, epi eksitasyon lazè nan ultrasons gen aplikasyon nan tou de aplikasyon endistriyèl nan teknoloji lazè53 ak medikaman54. Se poutèt sa, nou ka konsidere ke konsèp debaz nan pwosesis la kote limyè lazè pulsasyon aji sou yon mwayen absòban te etabli. Enspeksyon ultrasons lazè yo itilize pou deteksyon domaj nan echantiyon fabrike ak SLM55,56.
Efè ond chòk ki pwodui pa lazè sou materyèl yo se baz grennaj chòk lazè57,58,59, ki itilize tou pou tretman sifas pyès ki fabrike aditivman60. Sepandan, ranfòsman chòk lazè pi efikas sou pulsasyon lazè nanosegond ak sifas ki chaje mekanikman (pa egzanp, ak yon kouch likid)59 paske chaj mekanik ogmante presyon pik la.
Yo te fè eksperyans pou envestige efè posib divès chan fizik yo genyen sou mikwoestrikti materyèl solidifye yo. Dyagram fonksyonèl konfigirasyon eksperimantal la montre nan Figi 1. Yo te itilize yon lazè solid Nd:YAG pulsasyon k ap opere nan mòd lib (dire pulsasyon \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\)). Yo pase chak pulsasyon lazè nan yon seri filtè dansite net ak yon sistèm plak divizè gwo bout bwa. Tou depan de konbinezon filtè dansite net yo, enèji pulsasyon sou sib la varye ant \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) ak \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). Yo voye gwo bout bwa lazè ki reflete nan divizè gwo bout bwa a nan yon fotodyòd pou akizisyon done similtane, epi yo itilize de kalorimèt (fotodyòd ki gen yon tan repons long ki depase \(1~\text {ms}\)) pou detèmine ensidan an ak reflete nan sib la, epi de mèt pouvwa (fotodyòd ki gen repons kout fwa\(<10~\text {ns}\)) pou detèmine puisans optik ensidan ak reflete. Kalorimèt ak mèt puisans yo te kalibre pou bay valè an inite absoli lè l sèvi avèk yon detektè tèmopil Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 ak yon miwa dyelèktrik monte nan kote echantiyon an ye a. Konsantre gwo bout bwa a sou sib la lè l sèvi avèk yon lantiy (kouch antirefleksyon nan \(1.06 \upmu \text {m}\), longè fokal \(160~\text {mm}\)) ak yon senti gwo bout bwa nan sifas sib la 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Dyagram eskematik fonksyonèl konfigirasyon eksperimantal la: 1—lazè; 2—reyon lazè; 3—filtè dansite net; 4—fotodyòd senkronize; 5—separateur reyon; 6—dyafram; 7—kalorimèt reyon ensidan; 8 – kalorimèt reyon reflete; 9 – mèt puisans reyon ensidan; 10 – mèt puisans reyon reflete; 11 – lantiy fokalizasyon; 12 – miwa; 13 – echantiyon; 14 – transducteur pyezoelektrik bande laj; 15 – konvètisè 2D; 16 – mikwokontwolè pozisyonman; 17 – inite senkronizasyon; 18 – sistèm akizisyon dijital milti-chanèl ak divès to echantiyonaj; 19 – òdinatè pèsonèl.
Tretman ultrasonik la fèt jan sa a. Lazè a fonksyone nan mòd lib; kidonk dire pulsasyon lazè a se \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), ki konsiste de plizyè dire apeprè \(1.5~\upmu \text {s} \) chak. Fòm tanporèl pulsasyon lazè a ak spectre li yo konsiste de yon anvlòp ba-frekans ak yon modilasyon wo-frekans, ak yon frekans mwayèn apeprè \(0.7~\text {MHz}\), jan yo montre nan Figi 2.- Anvlòp frekans lan bay chofaj la ak fizyon ak evaporasyon materyèl la ki vin apre a, pandan ke konpozan wo-frekans lan bay vibrasyon ultrasonik yo akòz efè fotoakoustik la. Fòm vag pulsasyon ultrasonik ki pwodui pa lazè a detèmine sitou pa fòm tan entansite pulsasyon lazè a. Li soti nan \(7~\text {kHz}\) rive nan \ (2~\text {MHz}\), epi frekans santral la se \(~ 0.7~\text {MHz}\). Yo te anrejistre pulsasyon akoustik akòz efè fotoakoustik la lè l sèvi avèk transducteur pyezoelektrik bande laj ki fèt ak fim fliyò polivinilidèn. Fòm ond ki te anrejistre a ak spectre li yo montre nan Figi 2. Li enpòtan pou note ke fòm pulsasyon lazè yo tipik pou yon lazè ki fonksyone lib.
Distribisyon tanporèl entansite pulsasyon lazè (a) ak vitès son (b) sou sifas dèyè echantiyon an, spectre yo (koub ble) yon sèl pulsasyon lazè (c) ak yon pulsasyon iltrason (d) an mwayèn sou 300 pulsasyon lazè (koub wouj).
Nou ka distenge klèman konpozan ba-frekans ak wo-frekans tretman akoustik la ki koresponn ak anvlòp ba-frekans batman kè lazè a ak modilasyon wo-frekans lan, respektivman. Longèdonn ond akoustik ki pwodui pa anvlòp batman kè lazè a depase \(40~\text {cm}\); kidonk, nou prevwa efè prensipal konpozan wo-frekans bande laj siyal akoustik la sou mikwoestrikti a.
Pwosesis fizik yo nan SLM yo konplèks epi yo rive an menm tan sou diferan echèl espasyal ak tanporèl. Se poutèt sa, metòd milti-echèl yo pi apwopriye pou analiz teyorik SLM. Modèl matematik yo ta dwe okòmansman milti-fizik. Mekanik ak tèmofizik yon mwayen miltifaz "solid-likid fonn" ki kominike avèk yon atmosfè gaz inaktif ka Lè sa a, yo ka dekri efektivman mekanik ak tèmofizik yon mwayen miltifaz "fonn solid-likid" ki kominike avèk yon atmosfè gaz inaktif. Karakteristik chaj tèmik materyèl nan SLM yo se jan sa a.
To chofaj ak refwadisman jiska \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ akòz iradyasyon lazè lokalize ak dansite puisans jiska \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Sik fizyon-solidifikasyon an dire ant 1 ak \(10~\text {ms}\), sa ki kontribye nan solidifikasyon rapid zòn fizyon an pandan refwadisman an.
Chofaj rapid sifas echantiyon an lakòz fòmasyon gwo estrès termoelastik nan kouch sifas la. Yon pòsyon ase (jiska 20%) nan kouch poud lan evapore fòtman63, sa ki lakòz yon chaj presyon adisyonèl sou sifas la an repons a ablasyon lazè. Kidonk, souch pwovoke a defòme anpil jeyometri pyès la, espesyalman toupre sipò ak eleman estriktirèl mens. Gwo vitès chofaj nan rekui lazè pulsasyon lakòz jenerasyon vag souch ultrasons ki gaye soti nan sifas la rive nan substra a. Pou jwenn done kantitatif egzat sou distribisyon estrès ak souch lokal la, yo fè yon simulation mezoskopik pwoblèm defòmasyon elastik la ki konjige ak transfè chalè ak mas.
Ekwasyon ki gouvène modèl la gen ladan yo (1) ekwasyon transfè chalè enstab kote konduktivite tèmik depann de eta faz (poud, fonn, polikristalin) ak tanperati, (2) fluktuasyon nan defòmasyon elastik apre ablasyon kontinyòm ak ekwasyon ekspansyon termoelastik. Pwoblèm valè limit la detèmine pa kondisyon eksperimantal yo. Yo defini flux lazè modulation an sou sifas echantiyon an. Refwadisman konvektif la gen ladan echanj chalè kondiktif ak flux evaporatif. Yo defini flux mas la ki baze sou kalkil presyon vapè satire materyèl evaporasyon an. Yo itilize relasyon estrès-deformation elastoplastik la kote estrès termoelastik la pwopòsyonèl ak diferans tanperati a. Pou puisans nominal \(300~\text {W}\), frekans \(10^5~\text {Hz}\), koyefisyan tanzantan 100 ak \(200~\upmu \text {m}\ ) dyamèt efektif gwo bout bwa a.
Figi 3 montre rezilta simulation nimerik zòn fonn lan lè l sèvi avèk yon modèl matematik makroskopik. Dyamèt zòn fizyon an se \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) reyon) ak \(40~\upmu \text {m}\) pwofondè. Rezilta simulation yo montre ke tanperati sifas la varye lokalman avèk tan kòm \(100~\text {K}\) akòz faktè entèmitan ki wo nan modilasyon pulsasyon an. To chofaj \(V_h\) ak refwadisman \(V_c\) yo nan lòd \(10^7\) ak \(10^6~\text {K}/\text {s}\), respektivman. Valè sa yo an bon akò ak analiz anvan nou an64. Yon diferans nan lòd mayitid ant \(V_h\) ak \(V_c\) lakòz yon surchof rapid nan kouch sifas la, kote kondiksyon tèmik nan substrat la pa sifi pou retire chalè a. Se poutèt sa, nan \(t=26~\upmu \text {s}\) tanperati sifas la rive jis nan \(4800~\text {K}\). Evaporasyon materyèl la ki fò ka lakòz sifas echantiyon an sibi yon presyon twòp epi li ka kale.
Rezilta simulation nimerik zòn fizyon yon sèl pulsasyon lazè sou yon plak echantiyon 316L. Tan ki pase depi kòmansman pulsasyon an rive nan pwofondè pisin fonn lan ki rive nan valè maksimòm nan se \(180~\upmu\text {s}\). Izotèm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) la reprezante limit ki genyen ant faz likid ak solid yo. Izoba yo (liy jòn yo) koresponn ak estrès sede ki kalkile kòm yon fonksyon tanperati nan pwochen seksyon an. Se poutèt sa, nan domèn ki genyen ant de izolin yo (izotèm\(T=T_L\) ak izoba\(\sigma =\sigma _V(T)\)), faz solid la sibi gwo chaj mekanik, sa ki ka mennen nan chanjman nan mikwoestrikti a.
Yo eksplike efè sa a pi lwen nan Figi 4a, kote yo trase nivo presyon nan zòn fonn lan kòm yon fonksyon tan ak distans ak sifas la. Premyèman, konpòtman presyon an gen rapò ak modilasyon entansite pulsasyon lazè ki dekri nan Figi 2 pi wo a. Yo te obsève yon presyon maksimòm \text{s}\) apeprè \(10~\text {MPa}\) nan apeprè \(t=26~\upmu). Dezyèmman, fluktuasyon presyon lokal la nan pwen kontwòl la gen menm karakteristik osilasyon ak frekans \(500~\text {kHz}\). Sa vle di ke vag presyon ultrasonik yo pwodui sou sifas la epi answit yo gaye nan substra a.
Karakteristik zòn defòmasyon ki kalkile toupre zòn fizyon an yo montre nan Fig. 4b. Ablasyon lazè ak estrès termoelastik jenere vag defòmasyon elastik ki pwopaje nan substra a. Jan yo ka wè nan figi a, gen de etap nan jenerasyon estrès. Pandan premye faz \(t < 40~\upmu \text {s}\), estrès Mises la monte a \(8~\text {MPa}\) ak yon modilasyon menm jan ak presyon sifas la. Estrès sa a rive akòz ablasyon lazè, epi pa gen okenn estrès termoelastik ki te obsève nan pwen kontwòl yo paske zòn inisyal ki afekte pa chalè a te twò piti. Lè chalè a disipe nan substra a, pwen kontwòl la jenere yon gwo estrès termoelastik ki pi wo pase \(40~\text {MPa}\).
Nivo estrès modulation yo jwenn nan gen yon enpak siyifikatif sou koòdone solid-likid la epi yo ka mekanis kontwòl ki gouvène chemen solidifikasyon an. Gwosè zòn defòmasyon an 2 a 3 fwa pi gwo pase gwosè zòn fizyon an. Jan yo montre nan Figi 3, yo konpare kote izotèm fizyon an ak nivo estrès ki egal a estrès sede a. Sa vle di ke iradyasyon lazè pulsasyon an bay gwo chaj mekanik nan zòn lokalize ak yon dyamèt efektif ant 300 ak \(800~\upmu \text {m}\) selon tan enstantane a.
Se poutèt sa, modilasyon konplèks rekui lazè pulsasyon an mennen nan efè ultrasons lan. Chemen seleksyon mikwoestrikti a diferan si yo konpare l ak SLM san chaj ultrasons. Rejyon enstab defòme yo mennen nan sik konpresyon ak etannman peryodik nan faz solid la. Kidonk, fòmasyon nouvo limit grenn ak limit sougrenn vin posib. Se poutèt sa, pwopriyete mikwoestriktirèl yo ka chanje entansyonèlman, jan yo montre anba a. Konklizyon yo jwenn yo bay posiblite pou konsepsyon yon pwototip SLM ki mache ak ultrasons pwovoke pa modilasyon pulsasyon. Nan ka sa a, enduktè pyezoelektrik 26 ki itilize yon lòt kote ka eskli.
(a) Presyon kòm yon fonksyon tan, kalkile a diferan distans soti nan sifas 0, 20 ak \(40~\upmu \text {m}\) sou aks simetri a. (b) Estrès Von Mises ki depann de tan kalkile nan yon matris solid nan distans 70, 120 ak \(170~\upmu \text {m}\) soti nan sifas echantiyon an.
Eksperyans yo te fèt sou plak asye pur AISI 321H ki gen dimansyon \(20\times 20\times 5~\text {mm}\). Apre chak pulsasyon lazè, plak la deplase \(50~\upmu \text {m}\), epi ren reyon lazè a sou sifas sib la se anviwon \(100~\upmu \text {m}\). Jiska senk pasaj reyon ki vin apre yo fèt sou menm tras la pou pwovoke refonn materyèl trete a pou rafinman grenn yo. Nan tout ka yo, zòn refonn lan te sonike, tou depann de konpozan osilatwa radyasyon lazè a. Sa lakòz yon rediksyon plis pase 5 fwa nan sifas grenn mwayèn nan. Figi 5 montre kijan mikwoestrikti rejyon fonn ak lazè a chanje ak kantite sik refonn (pas) ki vin apre yo.
Sou-graf (a,d,g,j) ak (b,e,h,k) – mikwo-estrikti rejyon ki fonn ak lazè, sou-graf (c,f,i,l) – distribisyon sifas grenn ki gen koulè. Lonbraj la reprezante patikil yo itilize pou kalkile istogram nan. Koulè yo koresponn ak rejyon grenn yo (gade ba koulè a ​​anlè istogram nan). Sou-graf (ac) koresponn ak asye pur ki pa trete, epi sou-graf (df), (gi), (jl) koresponn ak 1, 3 ak 5 refonn.
Piske enèji pulsasyon lazè a pa chanje ant pas ki vin apre yo, pwofondè zòn fonn lan rete menm jan an. Kidonk, kanal ki vin apre a "kouvri" nèt kanal anvan an. Sepandan, istogram nan montre ke sifas grenn mwayèn ak medyàn lan diminye lè kantite pas yo ogmante. Sa ka endike ke lazè a ap aji sou substra a olye de fonn lan.
Refwadisman rapid pisin fonn lan ka lakòz rafinman grenn yo65. Yo te fè yon lòt seri eksperyans kote sifas plak asye pur (321H ak 316L) yo te ekspoze a radyasyon lazè vag kontinyèl nan atmosfè (Fig. 6) ak vakyòm (Fig. 7). Mwayèn puisans lazè a (300 W ak 100 W, respektivman) ak pwofondè pisin fonn lan pre rezilta eksperimantal lazè Nd:YAG nan mòd fonksyonman lib. Sepandan, yo te obsève yon estrikti kolon tipik.
Mikwoestrikti rejyon lazè ki fonn ak lazè a nan yon lazè vag kontinyèl (300 W pouvwa konstan, 200 mm/s vitès eskanè, asye pur AISI 321H).
(a) Mikwostrikti ak (b) imaj difraksyon retrodifizyon elektwon nan zòn fizyon lazè a nan yon lazè vag kontinyèl nan vid (puisans konstan 100 W, vitès eskanè 200 mm/s, asye pur AISI 316L) \ (\sim 2~\text {mbar }\).
Se poutèt sa, li montre aklè ke modilasyon konplèks entansite batman kè lazè a gen yon efè siyifikatif sou mikwoestrikti ki kapab lakòz la. Nou kwè ke efè sa a se mekanik nan lanati epi li rive akòz jenerasyon vibrasyon ultrasonik ki pwopaje soti nan sifas iradye fonn lan byen fon nan echantiyon an. Rezilta menm jan an te jwenn nan 13, 26, 34, 66, 67 lè l sèvi avèk transducteur piezoelectric ekstèn ak sonotrod ki bay ultrason entansite segondè nan divès materyèl tankou alyaj Ti-6Al-4V 26 ak asye pur 34 rezilta a. Mekanis posib la espekile jan sa a. Ultrason entans ka lakòz kavitasyon akoustik, jan yo demontre nan imaj radyografi senkrotron ultra rapid in situ. Tonbe bul kavitasyon yo jenere vag chòk nan materyèl fonn lan, ki gen presyon devan rive nan apeprè \(100 ~ \text {MPa} \) 69. Vag chòk sa yo ka ase fò pou ankouraje fòmasyon nwayo faz solid ki gen gwosè kritik nan likid an gwo, deranje estrikti grenn kolòn tipik la nan fabrikasyon aditif kouch pa kouch.
Isit la, nou pwopoze yon lòt mekanis ki responsab pou modifikasyon estriktirèl pa sonikasyon entans. Materyèl la touswit apre solidifikasyon an nan yon tanperati ki wo toupre pwen fizyon an epi li gen yon estrès sede ki ba anpil. Ond ultrasons entans yo ka lakòz koule plastik la chanje estrikti grenn materyèl cho ki fèk solidifye a. Sepandan, done eksperimantal serye sou depandans tanperati estrès sede a disponib nan \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (gade Figi 8). Se poutèt sa, pou teste ipotèz la, nou te fè simulation dinamik molekilè (MD) nan yon konpozisyon Fe-Cr-Ni menm jan ak asye AISI 316 L pou evalye konpòtman estrès sede a toupre pwen fizyon an. Pou kalkile estrès sede a, nou te itilize teknik relaksasyon estrès tayisman MD ki detaye nan 70, 71, 72, 73. Pou kalkil entèraksyon entèatomik yo, nou te itilize Modèl Atomik Entegre (EAM) ki soti nan 74. Similasyon MD yo te fèt lè l sèvi avèk kòd LAMMPS 75,76. Detay sou simulation MD a pral pibliye yon lòt kote. Rezilta kalkil MD estrès sede a kòm yon fonksyon de tanperati yo montre nan Fig. 8 ansanm ak done eksperimantal ki disponib yo ak lòt evalyasyon77,78,79,80,81,82.
Estrès rannman pou asye pur austenitik AISI klas 316 ak konpozisyon modèl la an fonksyon de tanperati pou simulation MD yo. Mezi eksperimantal ki soti nan referans: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. Gade. (f)82 se yon modèl anpirik sou depandans estrès rannman-tanperati pou mezi estrès an liy pandan fabrikasyon aditif ak asistans lazè. Rezilta simulation MD gwo echèl nan etid sa a yo deziyen kòm \(\vartriangleleft\) pou yon kristal sèl enfini san domaj ak \(\vartriangleright\) pou grenn fini yo, pran an kont gwosè grenn mwayèn nan atravè relasyon Hall-Petch la Dimansyon\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Nou ka wè ke nan \(T>1500~\text {K}\) estrès sede a desann anba \(40~\text {MPa}\). Nan lòt men an, estimasyon yo predi ke anplitid ultrasons ki pwodui pa lazè a depase \(40~\text {MPa}\) (gade Fig. 4b), ki sifi pou pwovoke yon koule plastik nan materyèl cho ki fèk solidifye a.
Yo te envestige eksperimantalman fòmasyon mikwoestrikti asye pur austenitik 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) pandan SLM lè l sèvi avèk yon sous lazè pulsasyon konplèks ak modulation entansite.
Yo te jwenn yon rediksyon nan gwosè grenn nan zòn fizyon lazè a akòz refizyon lazè kontinyèl apre 1, 3 oswa 5 pas.
Modèl makroskopik la montre ke gwosè estime rejyon kote defòmasyon ultrasonik la ka afekte pozitivman fwon solidifikasyon an se jiska \(1~\text {mm}\).
Modèl MD mikwoskopik la montre ke fòs elastik asye pur austenitik AISI 316 la redwi anpil a \(40~\text {MPa}\) toupre pwen fizyon an.
Rezilta yo jwenn yo sijere yon metòd pou kontwole mikwoestrikti materyèl yo lè l sèvi avèk pwosesis lazè konplèks modulation e li ta ka sèvi kòm baz pou kreye nouvo modifikasyon nan teknik SLM pulsasyon an.
Liu, Y. et al. Evolisyon mikwostriktirèl ak pwopriyete mekanik konpoze in situ TiB2/AlSi10Mg pa fizyon selektif lazè [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Jeni limit grenn rekristalizasyon nan fizyon selektif lazè nan asye pur 316L [J]. Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. ak Qiu, C. Devlopman in situ mikwostrikti sandwich ak duktilité amelyore pa rechofaj lazè alyaj Titàn fonn ak lazè.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Fabrikasyon aditif nan pyès Ti-6Al-4V pa depo metal lazè (LMD): pwosesis, mikwoestrikti ak pwopriyete mekanik. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Modèl mikwostriktirèl depo enèji dirije pa poud metal lazè nan alyaj 718. Ajoute nan fabrikasyon 25, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al. Etid Imaj Bragg sou Bor Neutron Parametrik sou Echantiyon Fabrike Aditivman Trete pa Lazè Chòk.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Mikwostrikti gradyan ak pwopriyete mekanik Ti-6Al-4V fabrike aditivman pa fizyon gwo bout bwa elektwon. Alma Mater Journal. 97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).