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제조 공정에서 제품의 미세 구조를 제어하기 위한 선택적 레이저 용융을 기반으로 한 새로운 메커니즘이 제안되었습니다. 이 메커니즘은 복잡한 강도 변조 레이저 조사를 통해 용융 풀에서 고강도 초음파를 생성하는 데 의존합니다. 실험 연구와 수치 시뮬레이션은 이 제어 메커니즘이 기술적으로 실행 가능하며 현대 선택적 레이저 용융 기계의 설계에 효과적으로 통합될 수 있음을 보여줍니다.
최근 수십 년 동안 복잡한 형상의 부품 적층 제조(AM)가 크게 성장했습니다. 그러나 선택적 레이저 용융(SLM)1,2,3, 직접 레이저 금속 증착4,5,6, 전자빔 용융7,8 등9,10 다양한 적층 제조 공정에도 불구하고 부품에 결함이 발생할 수 있습니다. 이는 주로 높은 열 구배, 높은 냉각 속도, 그리고 재료의 용융 및 재용융 시 가열 사이클의 복잡성과 관련된 용융 풀 응고 공정의 특수한 특성 때문입니다.11 이러한 특성은 에피택셜 입자 성장과 상당한 기공을 초래합니다.12,13 연구 결과는 미세 등축정립 구조를 얻기 위해서는 열 구배, 냉각 속도 및 합금 조성을 제어하거나 다양한 특성의 외부장(예: 초음파)을 통해 추가적인 물리적 충격을 가해야 함을 보여줍니다.
수많은 간행물이 기존 주조 공정에서 응고 과정에 대한 진동 처리의 효과에 대해 다루고 있습니다14,15. 그러나 벌크 용융물에 외부 필드를 적용해도 원하는 재료 미세 구조가 생성되지 않습니다. 액상의 부피가 작으면 상황이 크게 달라집니다. 이 경우 외부 필드는 응고 과정에 상당한 영향을 미칩니다. 강렬한 음향장16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, 아크 교반28 및 진동29, 펄스 플라즈마 아크30,31 및 기타 방법32 동안 전자기 효과가 고려되었습니다. 외부 고강도 초음파 소스(20kHz)를 사용하여 기판에 부착합니다. 초음파 유도 결정립 미세화는 온도 구배 감소와 캐비테이션을 통한 새로운 결정립 생성을 위한 초음파 강화로 인해 조성 과냉각 영역이 증가했기 때문입니다.
이 작업에서 우리는 용융 레이저 자체에서 생성된 음파로 용융 풀을 초음파 처리하여 오스테나이트계 스테인리스 강의 결정립 구조를 변경하는 가능성을 조사했습니다.광 흡수 매체에 입사하는 레이저 방사선의 강도 변조로 인해 초음파가 생성되고, 이는 재료의 미세 구조를 변경합니다.이 레이저 방사선의 강도 변조는 기존 SLM 3D 프린터에 쉽게 통합될 수 있습니다.이 작업의 실험은 표면이 강도 변조된 레이저 방사선에 노출된 스테인리스 강판에서 수행되었습니다.따라서 기술적으로 레이저 표면 처리가 수행됩니다.그러나 이러한 레이저 처리가 각 층의 표면에서 층별로 빌드업하는 동안 수행되면 전체 볼륨 또는 볼륨의 선택된 부분에 효과가 달성됩니다.즉, 부품이 층별로 구성된 경우 각 층의 레이저 표면 처리는 "레이저 볼륨 처리"와 동일합니다.
반면 초음파 혼 기반 초음파 치료에서는 정상 음파의 초음파 에너지가 구성 요소 전체에 분산되는 반면 레이저 유도 초음파 강도는 레이저 방사선이 흡수되는 지점 근처에서 매우 집중됩니다.SLM 파우더 베드 융합 기계에서 소노트로드를 사용하는 것은 레이저 방사선에 노출된 파우더 베드의 상단 표면이 고정되어 있어야 하기 때문에 복잡합니다.또한 부품의 상단 표면에는 기계적 응력이 없습니다.따라서 음향 응력은 0에 가깝고 입자 속도는 부품의 전체 상단 표면에서 최대 진폭을 갖습니다.전체 용융 풀 내부의 음압은 용접 헤드에서 생성된 최대 압력의 0.1%를 초과할 수 없습니다.스테인리스 스틸에서 주파수가 20kHz인 초음파의 파장은 \(\sim 0.3~\text {m}\)이고 깊이는 일반적으로 \(\sim 0.3~\text {mm}\) 미만이기 때문입니다.따라서 초음파가 캐비테이션에 미치는 영향은 작을 수 있습니다.
직접 레이저 금속 증착에 강도 변조 레이저 방사선을 사용하는 것은 활발한 연구 분야라는 점에 유의해야 합니다.35,36,37,38
매체에 입사하는 레이저 복사선의 열 효과는 절단41, 용접, 경화, 드릴링42, 표면 세척, 표면 합금화, 표면 연마43 등과 같은 재료 가공을 위한 거의 모든 레이저 기술39, 40의 기초가 됩니다. 레이저의 발명은 재료 가공 기술의 새로운 발전을 촉진했으며, 예비 결과는 수많은 리뷰와 논문44,45,46에 요약되어 있습니다.
흡수 매질에 대한 레이저 작용을 포함하여 매질에 대한 모든 비정상적 작용은 다소 효율적으로 그 안에서 음향파를 여기시키는 결과를 가져온다는 점에 유의해야 합니다. 처음에는 액체에서 파동의 레이저 여기와 소리의 다양한 열적 여기 메커니즘(열 팽창, 증발, 상 전이 중의 부피 변화, 수축 등)에 주로 초점을 맞추었습니다. 47, 48, 49. 수많은 단행본50, 51, 52에서 이 과정과 가능한 실제 적용에 대한 이론적 분석을 제공합니다.
이러한 문제는 이후 다양한 컨퍼런스에서 논의되었으며, 초음파의 레이저 여기는 레이저 기술의 산업적 응용 분야53과 의학54 모두에 적용됩니다. 따라서 펄스 레이저 광이 흡수 매체에 작용하는 프로세스의 기본 개념이 확립되었다고 볼 수 있습니다. 레이저 초음파 검사는 SLM으로 제조된 샘플의 결함을 감지하는 데 사용됩니다55,56.
레이저로 생성된 충격파가 재료에 미치는 영향은 레이저 충격 피닝57,58,59의 기초이며, 이는 첨가적으로 제조된 부품의 표면 처리에도 사용됩니다60. 그러나 레이저 충격 강화는 나노초 레이저 펄스와 기계적 부하가 걸린 표면(예: 액체 층이 있는 표면)59에서 가장 효과적입니다. 이는 기계적 부하가 피크 압력을 증가시키기 때문입니다.
다양한 물리적 필드가 응고된 재료의 미세 구조에 미치는 가능한 효과를 조사하기 위해 실험이 수행되었습니다.실험 설정의 기능 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다.자유 실행 모드(펄스 지속 시간 \(\tau_L \sim 150~\upmu \text {s}\))에서 작동하는 펄스 Nd:YAG 고체 레이저가 사용되었습니다.각 레이저 펄스는 일련의 중성 밀도 필터와 빔 분할기 플레이트 시스템을 통과합니다.중성 밀도 필터의 조합에 따라 대상의 펄스 에너지는 \(E_L \sim 20~\text {mJ}\)에서 \(E_L \sim 100~\text {mJ}\)까지 다릅니다.빔 분할기에서 반사된 레이저 빔은 동시 데이터 수집을 위해 포토다이오드로 공급되고 두 개의 열량계(응답 시간이 \(1~\text {ms}\)를 초과하는 긴 포토다이오드)를 사용하여 대상에 대한 입사 및 반사를 결정하고 두 개의 전력계 (응답 시간이 짧은 포토다이오드\(<10~\text {ns}\))를 사용하여 입사 및 반사 광 전력을 결정합니다. 열량계와 전력계는 열전퇴 검출기 Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0와 샘플 위치에 장착된 유전체 거울을 사용하여 절대 단위의 값을 제공하도록 교정되었습니다. 렌즈(반사 방지 코팅 \(1.06 \upmu \text {m}\), 초점 거리 \(160~\text {mm}\)) 및 대상 표면 60– \(100~\upmu\text {m}\)에서 빔 허리를 사용하여 빔을 대상에 초점을 맞춥니다.
실험 장치의 기능적 개략도: 1-레이저; 2-레이저 빔; 3-중성 밀도 필터; 4-동기화된 광다이오드; 5-빔 분할기; 6-조리개; 7-입사 빔 열량계; 8-반사 빔 열량계; 9-입사 빔 파워 미터; 10-반사 빔 파워 미터; 11-집속 렌즈; 12-거울; 13-샘플; 14-광대역 압전 변환기; 15-2D 컨버터; 16-위치 지정 마이크로컨트롤러; 17-동기화 장치; 18-다양한 샘플링 속도를 갖춘 다채널 디지털 수집 시스템; 19-개인용 컴퓨터.
초음파 처리가 다음과 같이 수행됩니다. 레이저는 자유 실행 모드에서 작동하므로 레이저 펄스의 지속 시간은 약 150~\upmu \text {s}이고 각각 ​​약 \(1.5~\upmu \text {s} \)의 여러 지속 시간으로 구성됩니다. 레이저 펄스의 시간적 모양과 스펙트럼은 저주파 포락선과 고주파 변조로 구성되며 평균 주파수는 약 \(0.7~\text {MHz}\)입니다(그림 2 참조). 주파수 포락선은 재료의 가열 및 후속 용융과 증발을 제공하는 반면 고주파 성분은 광음향 효과로 인한 초음파 진동을 제공합니다. 레이저에서 생성되는 초음파 펄스의 파형은 주로 레이저 펄스 강도의 시간적 모양에 의해 결정됩니다. 주파수는 \(7~\text {kHz}\)에서 \(2~\text {MHz}\)까지이고 중심 주파수는 \(~ 0.7~\text {MHz}\)입니다. 광음향 효과로 인한 음향 펄스는 폴리비닐리덴 플루오라이드 필름으로 만든 광대역 압전 변환기를 사용하여 기록되었습니다. 기록된 파형과 스펙트럼은 그림 2에 나와 있습니다. 레이저 펄스의 모양은 자유 실행 모드 레이저의 일반적인 모양이라는 점에 유의하세요.
샘플 뒷면의 레이저 펄스 강도(a)와 음속의 시간 분포(b), 단일 레이저 펄스(파란색 곡선)에 대한 300개 레이저 펄스(빨간색 곡선)의 평균 레이저 펄스(c)와 초음파 펄스(d)의 스펙트럼입니다.
레이저 펄스의 저주파 포락선과 고주파 변조에 해당하는 음향 처리의 저주파 및 고주파 성분을 명확히 구분할 수 있습니다. 레이저 펄스 포락선에 의해 생성된 음향파의 파장은 40~\text {cm}\를 초과합니다. 따라서 음향 신호의 광대역 고주파 성분이 미세 구조에 미치는 주요 효과가 예상됩니다.
SLM의 물리적 과정은 복잡하며 서로 다른 공간적, 시간적 규모에서 동시에 발생합니다. 따라서 다중 규모 방법은 SLM의 이론적 분석에 가장 적합합니다. 수학적 모델은 처음에 다중 물리적이어야 합니다. 그러면 불활성 가스 분위기와 상호 작용하는 다상 매질 "고체-액체 용융물"의 역학 및 열물리를 효과적으로 설명할 수 있습니다. SLM에서 재료 열 부하의 특성은 다음과 같습니다.
최대 \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{의 가열 및 냉각 속도를 제공하며, 최대 \(10^{13}~\text {W} cm}^2\)의 전력 밀도를 갖는 국부 레이저 조사로 인해 가능합니다.
용융-응고 주기는 1~10ms 동안 지속되며, 이는 냉각 중 용융 영역의 빠른 응고에 기여합니다.
샘플 표면의 빠른 가열로 인해 표면층에 높은 열탄성 응력이 형성됩니다.분말 층의 충분한 부분(최대 20%)이 강하게 증발하여63 레이저 절삭에 대한 응답으로 표면에 추가적인 압력 부하가 발생합니다.결과적으로 유도된 변형은 특히 지지대와 얇은 구조 요소 근처의 부품 형상을 크게 왜곡합니다.펄스 레이저 어닐링에서 높은 가열 속도로 인해 표면에서 기판으로 전파되는 초음파 변형파가 생성됩니다.국부 응력 및 변형률 분포에 대한 정확한 정량적 데이터를 얻기 위해 열과 물질 전달과 결합된 탄성 변형 문제에 대한 메조스코픽 시뮬레이션이 수행됩니다.
모델의 지배 방정식에는 (1) 열전도도가 상 상태(분말, 용융물, 다결정) 및 온도에 따라 달라지는 비정상 열전달 방정식, (2) 연속체 절삭 후 탄성 변형의 변동 및 열탄성 팽창 방정식이 포함됩니다.경계값 문제는 실험 조건에 의해 결정됩니다.변조된 레이저 플럭스는 샘플 표면에서 정의됩니다.대류 냉각에는 전도 열 교환과 증발 플럭스가 포함됩니다.질량 플럭스는 증발 물질의 포화 증기압 계산을 기반으로 정의됩니다.탄성 응력-변형률 관계는 열탄성 응력이 온도 차이에 비례하는 경우에 사용됩니다.공칭 전력 \(300~\text {W}\), 주파수 \(10^5~\text {Hz}\), 간헐적 계수 100 및 유효 빔 직경 \(200~\upmu \text {m}\)에 대해.
그림 3은 거시적 수학 모델을 사용하여 용융 구역의 수치 시뮬레이션 결과를 보여줍니다.융해 구역의 직경은 \(200~\upmu \text {m}\)(\(100~\upmu \text {m}\) 반경)이고 깊이는 \(40~\upmu \text {m}\)입니다.시뮬레이션 결과는 펄스 변조의 높은 간헐적 요소로 인해 표면 온도가 시간에 따라 \(100~\text {K}\)만큼 국부적으로 변한다는 것을 보여줍니다.가열 \(V_h\) 및 냉각 \(V_c\) 속도는 각각 \(10^7\) 및 \(10^6~\text {K}/\text {s}\) 순서입니다.이러한 값은 이전 분석64과 잘 일치합니다.\(V_h\)와 \(V_c\) 사이의 크기 차이가 크면 기판에 대한 열 전도가 제거하기에 충분하지 않아 표면층이 빠르게 과열됩니다. 열.따라서 \(t=26~\upmu \text {s}\)에서 표면 온도는 \(4800~\text {K}\)만큼 높아집니다.재료의 격렬한 증발로 인해 샘플 표면이 과도한 압력을 받고 벗겨질 수 있습니다.
316L 샘플 플레이트에서 단일 레이저 펄스 어닐링의 용융 영역에 대한 수치 시뮬레이션 결과.펄스가 시작되어 용융 풀의 깊이가 최대값에 도달할 때까지의 시간은 \(180~\upmu\text {s}\)입니다.등온선\(T = T_L = 1723~\text {K}\)은 액체와 고체 상태의 경계를 나타냅니다.등압선(노란색 선)은 다음 섹션에서 온도의 함수로 계산된 항복 응력에 해당합니다.따라서 두 등압선(등온선\(T=T_L\) 및 등압선\(\sigma =\sigma _V(T)\)) 사이의 영역에서 고체 상태는 강한 기계적 하중을 받게 되며, 이로 인해 미세 구조가 변경될 수 있습니다.
이 효과는 그림 4a에서 더 자세히 설명되어 있습니다.그림에서 용융 영역의 압력 수준은 시간과 표면으로부터의 거리에 따른 함수로 표시됩니다.첫째, 압력 거동은 위의 그림 2에서 설명한 레이저 펄스 강도의 변조와 관련이 있습니다.약 10~MPa의 최대 압력 s가 약 t=26~upmu에서 관찰되었습니다.둘째, 제어 지점에서 국부 압력의 변동은 500kHz의 주파수와 동일한 진동 특성을 갖습니다.이는 초음파 압력파가 표면에서 생성된 다음 기판으로 전파된다는 것을 의미합니다.
용융 영역 근처의 변형 영역에 대한 계산된 특성은 그림 4b에 나와 있습니다.레이저 절삭과 열탄성 응력은 기판으로 전파되는 탄성 변형파를 생성합니다.그림에서 볼 수 있듯이 응력 생성에는 두 단계가 있습니다.첫 번째 단계인 \(t < 40~\upmu \text {s}\) 동안 Mises 응력은 표면 압력과 유사한 변조로 \(8~\text {MPa}\)까지 상승합니다.이 응력은 레이저 절삭으로 인해 발생하며 초기 열 영향 영역이 너무 작기 때문에 제어점에서 열탄성 응력이 관찰되지 않았습니다.열이 기판으로 소실되면 제어점은 \(40~\text {MPa}\) 이상의 높은 열탄성 응력을 생성합니다.
획득된 변조된 응력 레벨은 고체-액체 계면에 상당한 영향을 미치며 응고 경로를 제어하는 ​​제어 메커니즘이 될 수 있습니다.변형 영역의 크기는 용융 영역의 크기보다 2~3배 더 큽니다.그림 3에서 볼 수 있듯이 용융 등온선의 위치와 항복 응력과 동일한 응력 레벨이 비교됩니다.이는 펄스 레이저 조사가 순간 시간에 따라 300~800~\upmu \text {m}\ 사이의 유효 직경을 갖는 국소 영역에 높은 기계적 부하를 제공한다는 것을 의미합니다.
따라서 펄스 레이저 어닐링의 복잡한 변조는 초음파 효과로 이어진다. 미세 구조 선택 경로는 초음파 부하가 없는 SLM과 비교할 때 다르다. 변형된 불안정 영역은 고체 상태에서 압축과 신장의 주기적 순환을 초래한다. 따라서 새로운 결정립계와 아결정립계가 형성될 수 있다. 따라서 아래에 나타낸 바와 같이 미세 구조적 특성을 의도적으로 변경할 수 있다. 얻어진 결론은 펄스 변조로 유도되는 초음파 구동 SLM 프로토타입을 설계할 가능성을 제공한다. 이 경우 다른 곳에서 사용된 압전 인덕터 26을 제외할 수 있다.
(a) 대칭축을 따라 표면으로부터 0, 20 및 40~\upmu \text {m}\의 다른 거리에서 계산된 시간의 함수로서의 압력.(b) 샘플 표면으로부터 70, 120 및 170~\upmu \text {m}\의 거리에서 고체 매트릭스에서 계산된 시간 의존적 폰 미제스 응력.
실험은 치수가 \(20\x 20\x 5~\text {mm}\인 AISI 321H 스테인리스 강판에서 수행되었습니다. 각 레이저 펄스 후 판은 \(50~\upmu \text {m}\) 이동하고, 대상 표면의 레이저 빔 허리는 약 \(100~\upmu \text {m}\)입니다. 동일한 트랙을 따라 최대 5번의 후속 빔 패스를 수행하여 가공된 재료의 재용융을 유도하여 결정립 미세화를 유도합니다. 모든 경우에서 재용융 영역은 레이저 방사선의 진동 구성 요소에 따라 초음파 처리되었습니다. 그 결과 평균 결정립 면적이 5배 이상 감소합니다. 그림 5는 레이저 용융 영역의 미세 구조가 후속 재용융 사이클(패스) 수에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다.
하위 플롯 (a, d, g, j)와 (b, e, h, k)는 레이저 용융 영역의 미세 구조이고, 하위 플롯 (c, f, i, l)은 착색된 입자의 면적 분포입니다. 음영은 히스토그램 계산에 사용된 입자를 나타냅니다. 색상은 입자 영역에 해당합니다(히스토그램 상단의 색상 막대 참조). 하위 플롯 (ac)는 미처리 스테인리스강에 해당하며, 하위 플롯 (df), (gi), (jl)은 1, 3, 5번 재용융에 해당합니다.
레이저 펄스 에너지는 후속 패스 사이에서 변하지 않으므로 용융 영역의 깊이는 동일합니다. 따라서 후속 채널은 이전 채널을 완전히 "덮습니다". 그러나 히스토그램은 평균 및 중앙값 입자 면적이 패스 횟수가 증가함에 따라 감소하는 것을 보여줍니다. 이는 레이저가 용융물이 아닌 기판에 작용하고 있음을 나타낼 수 있습니다.
용융 풀의 급속한 냉각으로 인해 결정립 미세화가 발생할 수 있습니다65. 또 다른 실험 세트에서는 스테인리스 강판(321H 및 316L)의 표면을 대기(그림 6)와 진공(그림 7)에서 연속파 레이저 방사선에 노출시켰습니다. 평균 레이저 출력(각각 300W 및 100W)과 용융 풀 깊이는 자유 실행 모드에서 Nd:YAG 레이저의 실험 결과와 가깝습니다. 그러나 일반적인 기둥 구조가 관찰되었습니다.
연속파 레이저(300W 일정 전력, 200mm/s 스캔 속도, AISI 321H 스테인리스 스틸)의 레이저 용융 영역의 미세구조.
(a) 진공 상태에서 연속파 레이저(100W 일정 전력, 200mm/s 스캔 속도, AISI 316L 스테인리스 스틸)를 사용하여 레이저 용융한 영역의 미세 구조 및 (b) 전자 후방 산란 회절 이미지\ (\sim 2~\text {mbar}\).
따라서 레이저 펄스 강도의 복잡한 변조가 결과 미세 구조에 상당한 영향을 미친다는 것이 명확하게 나타났습니다. 이 효과는 본질적으로 기계적인 것이며 용융물의 조사 표면에서 샘플 깊숙이 전파되는 초음파 진동의 생성으로 인해 발생한다고 생각합니다. 유사한 결과가 Ti-6Al-4V 합금 26 및 스테인리스 스틸 34를 포함한 다양한 재료에서 고강도 초음파를 제공하는 외부 압전 변환기 및 소노트로드를 사용하여 13, 26, 34, 66, 67에서 얻어졌습니다. 가능한 메커니즘은 다음과 같습니다. 강력한 초음파는 초고속 현장 싱크로트론 X-선 이미징에서 입증된 것처럼 음향 공동화를 일으킬 수 있습니다. 공동화 기포의 붕괴는 차례로 용융물에서 충격파를 생성하며, 전면 압력은 약 \(100~\text {MPa}\)69에 도달합니다. 이러한 충격파는 대량 액체에서 임계 크기의 고체상 핵의 형성을 촉진하여 파괴할 만큼 강할 수 있습니다. 층상 적층 제조의 전형적인 기둥형 결정 구조입니다.
여기서, 우리는 강력한 초음파 처리에 의한 구조적 변형을 담당하는 또 다른 메커니즘을 제안합니다.응고 직후, 재료는 녹는점에 가까운 고온에 있으며 매우 낮은 항복 응력을 갖습니다.강력한 초음파는 소성 유동을 유발하여 방금 응고된 뜨거운 재료의 결정립 구조를 변화시킬 수 있습니다.그러나 항복 응력의 온도 의존성에 대한 신뢰할 수 있는 실험 데이터는 \(T\lesssim 1150~\text {K}\)에서 사용할 수 있습니다(그림 8 참조).따라서 이 가설을 검증하기 위해 AISI 316 L 강과 유사한 Fe-Cr-Ni 조성의 분자 동역학(MD) 시뮬레이션을 수행하여 녹는점 근처의 항복 응력 거동을 평가했습니다.항복 응력을 계산하기 위해 70, 71, 72, 73에 자세히 설명된 MD 전단 응력 완화 기법을 사용했습니다.원자간 상호 작용 계산을 위해 74의 내장 원자 모델(EAM)을 사용했습니다.MD 시뮬레이션은 LAMMPS 코드 75, 76을 사용하여 수행했습니다.MD 시뮬레이션 세부 정보 온도에 따른 항복 응력의 MD 계산 결과는 사용 가능한 실험 데이터 및 기타 평가와 함께 그림 8에 나와 있습니다.77,78,79,80,81,82.
AISI 등급 316 오스테나이트계 스테인리스 강의 항복 응력과 MD 시뮬레이션을 위한 온도에 따른 모델 조성. 참고문헌에서 얻은 실험 측정값: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. (f)82를 참조하십시오. 레이저 보조 적층 제조 중 인라인 응력 측정을 위한 항복 응력-온도 의존성의 경험적 모델입니다. 이 연구에서 대규모 MD 시뮬레이션의 결과는 결함이 없는 무한 단결정의 경우 왼쪽 삼각형으로, 홀-페치 관계식 Dimensions(d = 50~m)을 통해 평균 입자 크기를 고려한 유한 입자의 경우 오른쪽 삼각형으로 표시합니다.
\(T>1500~\text {K}\)에서 항복 응력이 \(40~\text {MPa}\) 이하로 떨어지는 것을 볼 수 있습니다. 반면, 레이저에서 생성된 초음파 진폭은 \(40~\text {MPa}\)를 초과할 것으로 예측됩니다(그림 4b 참조). 이는 방금 응고된 뜨거운 재료에 플라스틱 흐름을 유도하기에 충분합니다.
복잡한 강도 변조 펄스 레이저 소스를 사용하여 SLM 중 12Cr18Ni10Ti(AISI 321H) 오스테나이트계 스테인리스 강의 미세구조 형성을 실험적으로 조사했습니다.
1, 3 또는 5회 통과 후 지속적인 레이저 재용융으로 인해 레이저 용융 영역에서 입자 크기가 감소한 것으로 나타났습니다.
거시적 모델링에 따르면 초음파 변형이 응고 전선에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 영역의 추정 크기는 최대 \(1~\text {mm}\)입니다.
미시적 MD 모델은 AISI 316 오스테나이트계 스테인리스 강의 항복 강도가 녹는점 근처에서 40~MPa로 크게 감소한다는 것을 보여줍니다.
얻어진 결과는 복잡한 변조 레이저 가공을 사용하여 재료의 미세 구조를 제어하는 ​​방법을 제안하며 펄스 SLM 기술의 새로운 변형을 만드는 기초가 될 수 있습니다.
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