Matur nuwun sampun ngunjungi Nature.com. Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates. Kanggo pengalaman sing paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni mode kompatibilitas ing Internet Explorer). Kangge, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita bakal nampilake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Mekanisme anyar adhedhasar peleburan laser selektif kanggo ngontrol mikrostruktur produk ing proses manufaktur diusulake. Mekanisme kasebut gumantung marang generasi gelombang ultrasonik intensitas dhuwur ing blumbang cair kanthi iradiasi laser sing dimodulasi intensitas kompleks. Panliten eksperimen lan simulasi numerik nuduhake yen mekanisme kontrol iki sacara teknis bisa ditindakake lan bisa diintegrasikan kanthi efektif menyang desain mesin peleburan laser selektif modern.
Manufaktur aditif (AM) saka bagean sing bentuke kompleks wis saya tambah akeh sajrone pirang-pirang dekade pungkasan. Nanging, sanajan ana macem-macem proses manufaktur aditif, kalebu peleburan laser selektif (SLM)1,2,3, deposisi logam laser langsung4,5,6, peleburan sinar elektron7,8 lan liya-liyane9,10, Bagean kasebut bisa uga cacat. Iki utamane amarga karakteristik khusus saka proses solidifikasi kolam cair sing ana gandhengane karo gradien termal sing dhuwur, tingkat pendinginan sing dhuwur, lan kerumitan siklus pemanasan ing bahan peleburan lan peleburan maneh11, sing nyebabake pertumbuhan butiran epitaksial lan porositas sing signifikan12,13. Asil kasebut nuduhake yen, perlu kanggo ngontrol gradien termal, tingkat pendinginan, lan komposisi paduan, utawa ngetrapake kejutan fisik tambahan liwat medan eksternal kanthi macem-macem sifat (contone, ultrasonik) kanggo entuk struktur butiran sing padha.
Akeh publikasi sing prihatin karo efek perawatan getaran ing proses solidifikasi ing proses pengecoran konvensional14,15. Nanging, ngetrapake medan eksternal kanggo leleh massal ora ngasilake mikrostruktur materi sing dikarepake. Yen volume fase cair cilik, kahanane owah kanthi dramatis. Ing kasus iki, medan eksternal mengaruhi proses solidifikasi kanthi signifikan. Efek elektromagnetik wis ditimbang sajrone medan akustik sing kuat16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, pengadukan busur28 lan osilasi29, busur plasma berdenyut30,31 lan metode liyane32. Tempelake ing substrat nggunakake sumber ultrasonik intensitas dhuwur eksternal (ing 20 kHz). Penyempurnaan butiran sing diinduksi ultrasonik disebabake dening zona subcooling komposisi sing tambah amarga gradien suhu sing suda lan peningkatan ultrasonik kanggo ngasilake kristalit anyar liwat kavitasi.
Ing karya iki, kita nyelidiki kemungkinan ngowahi struktur butiran baja tahan karat austenitik kanthi sonikasi kolam cair nganggo gelombang swara sing diasilake dening laser leleh dhewe. Modulasi intensitas radiasi laser sing mlebu ing medium sing nyerep cahya nyebabake generasi gelombang ultrasonik, sing ngowahi mikrostruktur materi. Modulasi intensitas radiasi laser iki bisa diintegrasikan kanthi gampang menyang printer 3D SLM sing wis ana. Eksperimen ing karya iki ditindakake ing pelat baja tahan karat sing permukaane kena radiasi laser sing dimodulasi intensitas. Dadi, sacara teknis, perawatan permukaan laser ditindakake. Nanging, yen perawatan laser kasebut ditindakake ing permukaan saben lapisan, sajrone pembentukan lapisan demi lapisan, efek ing kabeh volume utawa ing bagean volume sing dipilih bisa digayuh. Kanthi tembung liya, yen bagean kasebut dibangun lapisan demi lapisan, perawatan permukaan laser saben lapisan padha karo "perawatan volume laser".
Dene ing terapi ultrasonik adhedhasar sungu ultrasonik, energi ultrasonik saka gelombang swara sing ngadeg disebarake ing saindenging komponen, dene intensitas ultrasonik sing diinduksi laser dikonsentrasi banget cedhak titik ing ngendi radiasi laser diserep. Nggunakake sonotrode ing mesin fusi bubuk SLM rumit amarga permukaan ndhuwur bubuk sing kapapar radiasi laser kudu tetep stasioner. Kajaba iku, ora ana stres mekanik ing permukaan ndhuwur bagean kasebut. Mulane, stres akustik cedhak karo nol lan kecepatan partikel duwe amplitudo maksimum ing kabeh permukaan ndhuwur bagean kasebut. Tekanan swara ing njero kabeh blumbang cair ora bisa ngluwihi 0,1% saka tekanan maksimum sing diasilake dening sirah pengelasan, amarga dawa gelombang gelombang ultrasonik kanthi frekuensi 20 kHz ing baja tahan karat yaiku \(\sim 0,3~\text {m}\), lan Ambane biasane kurang saka \(\sim 0,3~\text {mm}\). Mulane, efek ultrasonik ing kavitasi bisa uga cilik.
Perlu dicathet yen panggunaan radiasi laser sing dimodulasi intensitas ing deposisi logam laser langsung minangka area riset sing aktif35,36,37,38.
Efek termal saka radiasi laser sing mlebu ing medium kasebut minangka dhasar kanggo meh kabeh teknik laser 39, 40 kanggo pangolahan bahan, kayata nglereni 41, ngelas, ngeras, ngebor 42, ngresiki permukaan, paduan permukaan, polesan permukaan 43, lan liya-liyane. Panemuan laser ngrangsang perkembangan anyar ing teknik pangolahan bahan, lan asil awal wis dirangkum ing pirang-pirang ulasan lan monografi 44, 45, 46.
Perlu dicathet yen tumindak non-stasioner ing medium, kalebu tumindak laser ing medium sing nyerep, nyebabake eksitasi gelombang akustik ing njero kanthi efisiensi sing luwih utawa kurang. Kaping pisanan, fokus utama yaiku eksitasi laser gelombang ing cairan lan macem-macem mekanisme eksitasi termal swara (ekspansi termal, penguapan, owah-owahan volume sajrone transisi fase, kontraksi, lan liya-liyane) 47, 48, 49. Akeh monograf 50, 51, 52 nyedhiyakake analisis teoretis babagan proses iki lan aplikasi praktis sing bisa ditindakake.
Masalah-masalah iki banjur dirembug ing macem-macem konferensi, lan eksitasi laser ultrasonik nduweni aplikasi ing aplikasi industri teknologi laser53 lan obat-obatan54. Mulane, bisa dianggep yen konsep dhasar proses sing digunakake cahya laser pulsa kanggo tumindak ing media penyerap wis ditetepake. Inspeksi ultrasonik laser digunakake kanggo deteksi cacat sampel sing diprodhuksi SLM55,56.
Efek gelombang kejut sing diasilake laser ing bahan minangka dhasar saka laser shock peening57,58,59, sing uga digunakake kanggo perawatan permukaan bagean sing digawe kanthi aditif60. Nanging, penguatan kejut laser paling efektif ing pulsa laser nanodetik lan permukaan sing dimuat sacara mekanis (contone, nganggo lapisan cairan)59 amarga beban mekanik nambah tekanan puncak.
Eksperimen ditindakake kanggo nyelidiki efek sing bisa ditindakake saka macem-macem medan fisik ing mikrostruktur bahan sing wis padhet. Diagram fungsional saka persiyapan eksperimen dituduhake ing Gambar 1. Laser solid-state Nd:YAG berdenyut sing beroperasi ing mode mlaku bebas (durasi pulsa \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) digunakake. Saben pulsa laser dilewati liwat seri filter kapadhetan netral lan sistem pelat splitter sinar. Gumantung saka kombinasi filter kapadhetan netral, energi pulsa ing target beda-beda saka \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) nganti \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). Sinar laser sing dipantulake saka splitter sinar diumpanake menyang fotodioda kanggo akuisisi data simultan, lan rong kalorimeter (fotodioda kanthi wektu respon sing dawa ngluwihi \(1~\text {ms}\)) digunakake kanggo nemtokake kedadeyan menyang lan dipantulake saka target, lan rong meter daya (fotodioda kanthi respon cendhak kaping\(<10~\text {ns}\)) kanggo nemtokake daya optik sing mlebu lan sing dipantulake. Kalorimeter lan meter daya dikalibrasi kanggo menehi nilai ing unit absolut nggunakake detektor termopile Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 lan pangilon dielektrik sing dipasang ing lokasi sampel. Fokusake sinar menyang target nggunakake lensa (lapisan Antireflection ing \(1.06 \upmu \text {m}\), dawa fokus \(160~\text {mm}\)) lan pinggul sinar ing permukaan target 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Diagram skematis fungsional saka persiyapan eksperimen: 1—laser; 2—sinar laser; 3—filter kapadhetan netral; 4—fotodioda sing disinkronake; 5—pembahagi sinar; 6—diafragma; 7—kalorimeter sinar sing teka; 8 – kalorimeter sinar sing dipantulkan; 9 – meter daya sinar sing teka; 10 – meter daya sinar sing dipantulkan; 11 – lensa fokus; 12 – pangilon; 13 – sampel; 14 – transduser piezoelektrik broadband; 15 – konverter 2D; 16 – mikrokontroler posisi; 17 – unit sinkronisasi; 18 – sistem akuisisi digital multi-kanal kanthi macem-macem tingkat sampling; 19 – komputer pribadi.
Perawatan ultrasonik ditindakake kaya ing ngisor iki. Laser beroperasi ing mode mlaku bebas; mulane durasi pulsa laser yaiku \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), sing kasusun saka pirang-pirang durasi kira-kira \(1,5~\upmu \text {s} \) saben. Wangun temporal pulsa laser lan spektrume kasusun saka amplop frekuensi rendah lan modulasi frekuensi dhuwur, kanthi frekuensi rata-rata udakara \(0,7~\text {MHz}\), kaya sing dituduhake ing Gambar 2.- Amplop frekuensi nyedhiyakake pemanasan lan leleh lan penguapan materi sabanjure, dene komponen frekuensi dhuwur nyedhiyakake getaran ultrasonik amarga efek fotoakustik. Wangun gelombang pulsa ultrasonik sing diasilake dening laser utamane ditemtokake dening wangun wektu saka intensitas pulsa laser. Iku saka \(7~\text {kHz}\) nganti \ (2~\text {MHz}\), lan frekuensi tengah yaiku \(~ 0.7~\text {MHz}\). Pulsa akustik amarga efek fotoakustik direkam nggunakake transduser piezoelektrik broadband sing digawe saka film polivinilidena fluorida. Bentuk gelombang sing direkam lan spektrume dituduhake ing Gambar 2. Perlu dicathet yen bentuk pulsa laser khas laser mode mlaku bebas.
Distribusi temporal saka intensitas pulsa laser (a) lan kecepatan swara ing permukaan mburi sampel (b), spektrum pulsa laser (c) lan pulsa ultrasonik (d) dirata-rata luwih saka 300 pulsa laser (kurva abang) kanggo pulsa laser tunggal (kurva biru).
Kita bisa mbedakake kanthi cetha komponen frekuensi rendah lan frekuensi tinggi saka perawatan akustik sing cocog karo amplop frekuensi rendah saka pulsa laser lan modulasi frekuensi tinggi. Dawane gelombang akustik sing diasilake dening amplop pulsa laser ngluwihi \(40~\text {cm}\); mulane, efek utama saka komponen frekuensi tinggi broadband saka sinyal akustik ing mikrostruktur diarepake.
Proses fisik ing SLM iku kompleks lan kedadeyan bebarengan ing skala spasial lan temporal sing beda. Mulane, metode multi-skala paling cocog kanggo analisis teoretis SLM. Model matematika wiwitane kudu multi-fisik. Mekanika lan termofisika saka medium multifase "lelehan padat-cair" sing berinteraksi karo atmosfer gas inert banjur bisa diterangake kanthi efektif. Karakteristik beban termal material ing SLM kaya ing ngisor iki.
Laju pemanasan lan pendinginan nganti \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ amarga iradiasi laser lokal kanthi kapadhetan daya nganti \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Siklus leleh-padhetan tahan antara 1 lan \(10~\text {ms}\), sing nyumbang marang padhetan zona leleh kanthi cepet sajrone pendinginan.
Pemanasan permukaan sampel sing cepet nyebabake pembentukan tekanan termoelastik sing dhuwur ing lapisan permukaan. Bagean lapisan bubuk sing cukup (nganti 20%) diuap kanthi kuat63, sing nyebabake beban tekanan tambahan ing permukaan minangka respon kanggo ablasi laser. Akibate, galur sing diinduksi kanthi signifikan ngganggu geometri bagean, utamane cedhak dhukungan lan elemen struktural sing tipis. Tingkat pemanasan sing dhuwur ing annealing laser pulsed nyebabake generasi gelombang galur ultrasonik sing nyebar saka permukaan menyang substrat. Kanggo entuk data kuantitatif sing akurat babagan distribusi stres lan galur lokal, simulasi mesoskopik saka masalah deformasi elastis sing dikonjugasi karo transfer panas lan massa ditindakake.
Persamaan sing ngatur model kasebut kalebu (1) persamaan transfer panas sing ora stabil ing ngendi konduktivitas termal gumantung marang kahanan fase (bubuk, leleh, polikristalin) lan suhu, (2) fluktuasi deformasi elastis sawise ablasi kontinum lan persamaan ekspansi termoelastik. Masalah nilai wates ditemtokake dening kahanan eksperimen. Fluks laser sing dimodulasi ditetepake ing permukaan sampel. Pendinginan konvektif kalebu ijol-ijolan panas konduktif lan fluks penguapan. Fluks massa ditetepake adhedhasar pitungan tekanan uap jenuh saka bahan penguapan. Hubungan tegangan-regangan elastoplastis digunakake ing ngendi stres termoelastik sebanding karo bedane suhu. Kanggo daya nominal \(300~\text {W}\), frekuensi \(10^5~\text {Hz}\), koefisien intermiten 100 lan \(200~\upmu \text {m}\) saka diameter balok efektif.
Gambar 3 nuduhake asil simulasi numerik zona cair nggunakake model matematika makroskopik. Diameter zona fusi yaiku radius 200 m (radius 100 m) lan ambane 40 m). Asil simulasi nuduhake yen suhu permukaan beda-beda sacara lokal karo wektu amarga faktor intermiten modulasi pulsa sing dhuwur. Laju pemanasan lan pendinginan Vc ana ing urutan 10^7 lan 10^6 K/s. Nilai-nilai kasebut cocog karo analisis sadurunge.64. Beda gedhene antarane Vc lan Vc nyebabake lapisan permukaan dadi panas banget, ing ngendi konduksi termal menyang substrat ora cukup kanggo mbusak panas. Mulane, ing t=26^26 {s}\) suhu permukaan puncak nganti tekan \(4800~\text {K}\). Penguapan materi sing kuat bisa nyebabake permukaan sampel kena tekanan sing berlebihan lan ngelupas.
Asil simulasi numerik zona leleh saka annealing pulsa laser tunggal ing piring sampel 316L. Wektu saka wiwitan pulsa nganti ambane blumbang cair tekan nilai maksimal yaiku \(180~\upmu\text {s}\). Isoterm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) makili wates antarane fase cair lan padhet. Isobar (garis kuning) cocog karo tegangan luluh sing diitung minangka fungsi suhu ing bagean sabanjure. Mulane, ing domain antarane rong isolin (isoterm\(T=T_L\) lan isobar\(\sigma =\sigma _V(T)\)), fase padhet kena beban mekanik sing kuwat, sing bisa nyebabake owah-owahan ing mikrostruktur.
Efek iki luwih diterangake ing Gambar 4a, ing ngendi tingkat tekanan ing zona cair diplot minangka fungsi wektu lan jarak saka permukaan. Kapisan, prilaku tekanan ana hubungane karo modulasi intensitas pulsa laser sing diterangake ing Gambar 2 ing ndhuwur. Tekanan maksimum \text{s}\) udakara \(10~\text {MPa}\) diamati ing udakara \(t=26~\upmu). Kapindho, fluktuasi tekanan lokal ing titik kontrol nduweni karakteristik osilasi sing padha karo frekuensi \(500~\text {kHz}\). Iki tegese gelombang tekanan ultrasonik diasilake ing permukaan banjur nyebar menyang substrat.
Karakteristik zona deformasi cedhak zona leleh sing diitung dituduhake ing Gambar 4b. Ablasi laser lan stres termoelastik ngasilake gelombang deformasi elastis sing nyebar menyang substrat. Kaya sing bisa dideleng saka gambar kasebut, ana rong tahapan generasi stres. Sajrone fase pertama \(t < 40~\upmu \text {s}\), stres Mises mundhak dadi \(8~\text {MPa}\) kanthi modulasi sing padha karo tekanan permukaan. Stres iki kedadeyan amarga ablasi laser, lan ora ana stres termoelastik sing diamati ing titik kontrol amarga zona sing kena pengaruh panas awal cilik banget. Nalika panas dibuwang menyang substrat, titik kontrol ngasilake stres termoelastik sing dhuwur ing ndhuwur \(40~\text {MPa}\).
Tingkat stres modulasi sing dipikolehi duwe pengaruh sing signifikan ing antarmuka padat-cair lan bisa uga dadi mekanisme kontrol sing ngatur jalur solidifikasi. Ukuran zona deformasi 2 nganti 3 kali luwih gedhe tinimbang zona leleh. Kaya sing dituduhake ing Gambar 3, lokasi isoterm leleh lan tingkat stres sing padha karo stres luluh dibandhingake. Iki tegese iradiasi laser pulsa nyedhiyakake beban mekanik sing dhuwur ing area lokal kanthi diameter efektif antarane 300 lan \(800~\upmu \text {m}\) gumantung saka wektu sesaat.
Mulane, modulasi kompleks saka annealing laser pulsa ndadékaké efek ultrasonik. Jalur pemilihan mikrostruktur béda yèn dibandhingaké karo SLM tanpa pemuatan ultrasonik. Wilayah sing ora stabil sing cacat ndadékaké siklus kompresi lan peregangan periodik ing fase padat. Mangkono, pembentukan wates butir lan wates subbutir anyar dadi layak. Mulane, sifat mikrostruktural bisa diganti kanthi sengaja, kaya sing dituduhake ing ngisor iki. Kesimpulan sing dipikolehi nyedhiyakake kemungkinan kanggo ngrancang prototipe SLM sing didorong ultrasonik sing diinduksi modulasi pulsa. Ing kasus iki, induktor piezoelektrik 26 sing digunakake ing papan liya bisa diilangi.
(a) Tekanan minangka fungsi wektu, diitung ing jarak sing beda-beda saka permukaan 0, 20 lan \(40~\upmu \text {m}\) ing sadawane sumbu simetri. (b) Tegangan Von Mises sing gumantung wektu diitung ing matriks padat ing jarak 70, 120 lan \(170~\upmu \text {m}\) saka permukaan sampel.
Eksperimen ditindakake ing pelat baja tahan karat AISI 321H kanthi dimensi \(20\times 20\times 5~\text {mm}\). Sawise saben pulsa laser, pelat obah \(50~\upmu \text {m}\), lan pinggul sinar laser ing permukaan target kira-kira \(100~\upmu \text {m}\). Nganti limang lintasan sinar sabanjure ditindakake ing sadawane trek sing padha kanggo nyebabake peleburan maneh bahan sing diproses kanggo penyempurnaan butiran. Ing kabeh kasus, zona sing dilelehke maneh disonikasi, gumantung saka komponen osilasi radiasi laser. Iki nyebabake pangurangan luwih saka 5 kali lipat ing area butiran rata-rata. Gambar 5 nuduhake kepiye mikrostruktur wilayah sing dilelehke laser owah kanthi jumlah siklus peleburan maneh (liwat) sabanjure.
Subplot (a,d,g,j) lan (b,e,h,k) – mikrostruktur wilayah sing dilelehke laser, subplot (c,f,i,l) – distribusi area butiran berwarna. Shading nggambarake partikel sing digunakake kanggo ngetung histogram. Werna cocog karo wilayah butiran (deleng bilah warna ing sisih ndhuwur histogram. Subplot (ac) cocog karo baja tahan karat sing ora diolah, lan subplot (df), (gi), (jl) cocog karo 1, 3 lan 5 peleburan ulang.
Amarga energi pulsa laser ora owah antarane lintasan sabanjure, ambane zona leleh padha. Dadi, saluran sabanjure "nutupi" saluran sadurunge kanthi lengkap. Nanging, histogram nuduhake yen area butir rata-rata lan median mudhun kanthi tambah akeh lintasan. Iki bisa nuduhake yen laser tumindak ing substrat tinimbang ing leleh.
Penyempurnaan butiran bisa uga disebabake dening pendinginan cepet saka blumbang cair65. Sakumpulan eksperimen liyane ditindakake ing ngendi permukaan pelat baja tahan karat (321H lan 316L) kapapar radiasi laser gelombang terus-terusan ing atmosfer (Gambar 6) lan vakum (Gambar 7). Daya laser rata-rata (300 W lan 100 W, masing-masing) lan ambane blumbang cair cedhak karo asil eksperimen laser Nd:YAG ing mode mlaku bebas. Nanging, struktur kolom khas diamati.
Mikrostruktur wilayah laser gelombang terus-terusan sing dilelehke laser (daya konstan 300 W, kecepatan pindai 200 mm/s, baja tahan karat AISI 321H).
(a) Mikrostruktur lan (b) gambar difraksi hambur balik elektron saka wilayah sing dilelehke laser ing vakum nganggo laser gelombang terus-terusan (daya konstan 100 W, kecepatan pindai 200 mm/s, baja tahan karat AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Mulane, dituduhake kanthi jelas yen modulasi kompleks saka intensitas pulsa laser nduweni efek sing signifikan ing mikrostruktur sing diasilake. Kita percaya yen efek iki sifate mekanik lan kedadeyan amarga generasi getaran ultrasonik sing nyebar saka permukaan leleh sing disinari menyang sampel. Asil sing padha dipikolehi ing 13, 26, 34, 66, 67 nggunakake transduser piezoelektrik eksternal lan sonotroda sing nyedhiyakake ultrasonik intensitas dhuwur ing macem-macem bahan kalebu paduan Ti-6Al-4V 26 lan baja tahan karat 34 asil saka. Mekanisme sing bisa ditindakake dispekulasikake kaya ing ngisor iki. Ultrasonik sing kuat bisa nyebabake kavitasi akustik, kaya sing dituduhake ing pencitraan sinar-X sinkrotron in situ ultrafast. Runtuhnya gelembung kavitasi banjur ngasilake gelombang kejut ing bahan cair, sing tekanan ngarep tekan udakara \(100~\text {MPa}\)69. Gelombang kejut kasebut bisa uga cukup kuwat kanggo ningkatake pembentukan inti fase padat ukuran kritis ing cairan massal, ngganggu struktur butiran kolumnar khas manufaktur aditif lapis demi lapis.
Ing kene, kita ngusulake mekanisme liyane sing tanggung jawab kanggo modifikasi struktural kanthi sonikasi sing kuat. Sanalika sawise solidifikasi, materi kasebut ana ing suhu dhuwur cedhak titik leleh lan duwe tegangan luluh sing sithik banget. Gelombang ultrasonik sing kuat bisa nyebabake aliran plastik ngowahi struktur butiran materi sing panas lan mung padet. Nanging, data eksperimen sing dipercaya babagan katergantungan suhu saka tegangan luluh kasedhiya ing \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (waca Gambar 8). Mulane, kanggo nguji hipotesis iki, kita nindakake simulasi dinamika molekuler (MD) saka komposisi Fe-Cr-Ni sing padha karo baja AISI 316 L kanggo ngevaluasi prilaku tegangan luluh cedhak titik leleh. Kanggo ngetung tegangan luluh, kita nggunakake teknik relaksasi tegangan geser MD sing dirinci ing 70, 71, 72, 73. Kanggo pitungan interaksi interatomik, kita nggunakake Model Atom Tertanam (EAM) saka 74. Simulasi MD ditindakake nggunakake kode LAMMPS 75,76. Rincian simulasi MD bakal diterbitake ing papan liya. MD Asil pitungan tegangan luluh minangka fungsi suhu dituduhake ing Gambar 8 bebarengan karo data eksperimen sing kasedhiya lan evaluasi liyane77,78,79,80,81,82.
Tegangan luluh kanggo baja tahan karat austenitik kelas AISI 316 lan komposisi model versus suhu kanggo simulasi MD. Pangukuran eksperimen saka referensi: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. deleng. (f)82 minangka model empiris saka katergantungan tegangan luluh-suhu kanggo pangukuran tegangan in-line sajrone manufaktur aditif sing dibantu laser. Asil simulasi MD skala gedhe ing panliten iki dilambangake minangka \(\vartriangleleft\) kanggo kristal tunggal tanpa wates tanpa cacat lan \(\vartriangleright\) kanggo butiran terbatas kanthi nganggep ukuran butiran rata-rata liwat hubungan Hall-Petch Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Bisa dideleng manawa ing \(T>1500~\text {K}\) tegangan luluh mudhun ing ngisor \(40~\text {MPa}\). Ing sisih liya, prakiraan ngira-ira manawa amplitudo ultrasonik sing diasilake laser ngluwihi \(40~\text {MPa}\) (waca Gambar 4b), sing cukup kanggo ngindhuksi aliran plastik ing bahan panas sing nembe dipadhetke.
Pembentukan mikrostruktur baja tahan karat austenitik 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) sajrone SLM diselidiki kanthi eksperimen nggunakake sumber laser pulsa sing dimodulasi intensitas kompleks.
Pangirangan ukuran butir ing zona leleh laser ditemokake amarga peleburan laser terus-terusan sawise 1, 3 utawa 5 kali.
Pemodelan makroskopik nuduhake yen ukuran wilayah sing diprakirakake ing ngendi deformasi ultrasonik bisa mengaruhi sisih solidifikasi kanthi positif yaiku nganti \(1~\text {mm}\).
Model MD mikroskopis nuduhake yen kekuatan luluh baja tahan karat austenitik AISI 316 mudhun sacara signifikan dadi \(40~\text {MPa}\) cedhak titik leleh.
Asil sing dipikolehi nuduhake metode kanggo ngontrol mikrostruktur bahan nggunakake pangolahan laser termodulasi sing kompleks lan bisa dadi dhasar kanggo nggawe modifikasi anyar saka teknik SLM pulsa.
Liu, Y. et al. Évolusi mikrostruktural lan sipat mekanik komposit TiB2/AlSi10Mg in situ kanthi peleburan selektif laser [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Rekayasa wates butir rekristalisasi saka peleburan selektif laser baja tahan karat 316L [J]. Jurnal Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Pangembangan in situ mikrostruktur sandwich kanthi daktilitas sing ditingkatake kanthi pemanasan ulang laser saka paduan titanium sing dilelehke laser.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Manufaktur aditif bagean Ti-6Al-4V kanthi deposisi logam laser (LMD): proses, mikrostruktur lan sifat mekanik. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Pemodelan mikrostruktural saka deposisi energi sing diarahake bubuk logam laser saka Alloy 718. Add to.manufacture.25, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al. Panliten Pencitraan Tepi Bragg Neutron Parametrik saka Sampel sing Diprodhuksi kanthi Aditif sing Diobati nganggo Laser Shock Peening.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Mikrostruktur gradien lan sifat mekanik Ti-6Al-4V sing digawe kanthi aditif kanthi peleburan sinar elektron. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).