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본 논문에서는 선택적 레이저 용융(SLM)을 기반으로 제조 공정 중 제품의 미세 구조를 제어하는 ​​새로운 메커니즘을 제안합니다. 이 메커니즘은 복합적인 강도 변조 레이저 조사를 통해 용융 풀에 고강도 초음파를 발생시키는 원리를 이용합니다. 실험 연구 및 수치 시뮬레이션 결과, 이 제어 메커니즘은 기술적으로 실현 가능하며 최신 선택적 레이저 용융 장비 설계에 효과적으로 통합될 수 있음을 보여줍니다.
최근 수십 년 동안 복잡한 형상의 부품을 적층 제조(AM)하는 기술이 크게 발전했습니다. 그러나 선택적 레이저 용융(SLM)1,2,3, 직접 레이저 금속 증착4,5,6, 전자빔 용융7,8 및 기타9,10을 포함한 다양한 적층 제조 공정에도 불구하고, 제조된 부품에는 결함이 발생할 수 있습니다. 이는 주로 용융 및 재용융 과정에서 높은 열 구배, 빠른 냉각 속도, 복잡한 가열 사이클과 관련된 용융 풀 응고 공정의 특성 때문이며11, 이러한 특성으로 인해 결정립이 성장하고 상당한 기공이 발생합니다12,13. 따라서 미세한 등축 결정립 구조를 얻기 위해서는 열 구배, 냉각 속도, 합금 조성 등을 제어하거나 다양한 특성의 외부장(예: 초음파)을 통해 물리적 충격을 가하는 등의 추가적인 조치가 필요합니다.
진동 처리가 기존 주조 공정의 응고 과정에 미치는 영향에 대한 연구는 다수 발표되었습니다.14,15 그러나 용융된 재료에 외부장을 가하는 것만으로는 원하는 미세 구조를 얻을 수 없습니다. 액상 부피가 작을 경우에는 상황이 완전히 달라집니다. 이 경우 외부장은 응고 과정에 상당한 영향을 미칩니다. 전자기 효과는 강한 음향장16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, 아크 교반28 및 진동29, 펄스 플라즈마 아크30,31 및 기타 방법32에서 고려되었습니다. 외부 고강도 초음파 발생기(20kHz)를 사용하여 기판에 부착합니다. 초음파 유도 결정립 미세화는 온도 구배 감소로 인한 조성 과냉각 영역 증가와 캐비테이션을 통한 새로운 결정립 생성을 위한 초음파 증강 효과에 기인합니다.
본 연구에서는 용융 레이저 자체에서 발생하는 음파를 이용하여 용융 풀을 초음파 처리함으로써 오스테나이트 스테인리스강의 결정 구조를 변화시킬 수 있는지 조사했습니다. 광 흡수 매질에 입사하는 레이저 광의 강도 변조는 초음파를 발생시키고, 이 초음파는 재료의 미세 구조를 변화시킵니다. 이러한 레이저 광 강도 변조는 기존의 SLM 3D 프린터에 쉽게 통합될 수 있습니다. 본 연구의 실험은 강도 변조된 레이저 광에 노출된 스테인리스강 판재를 사용하여 수행되었습니다. 따라서 기술적으로는 레이저 표면 처리가 이루어진 것입니다. 그러나 이러한 레이저 처리를 층별로 적층하는 과정에서 각 층의 표면에 적용하면 전체 부피 또는 특정 부분에만 효과가 나타납니다. 즉, 부품을 층별로 적층하여 제작할 경우, 각 층의 레이저 표면 처리는 "레이저 부피 처리"와 동일한 효과를 냅니다.
초음파 혼 기반 초음파 치료에서는 정재파의 초음파 에너지가 부품 전체에 분포되는 반면, 레이저 유도 초음파 강도는 레이저 복사가 흡수되는 지점 근처에 고도로 집중됩니다. SLM 분말 베드 융합 장비에서 소노트로드를 사용하는 것은 분말 베드의 윗면이 레이저 복사에 노출되는 동안 정지 상태를 유지해야 하므로 복잡합니다. 또한 부품 윗면에는 기계적 응력이 발생하지 않습니다. 따라서 음향 응력은 거의 0에 가깝고 입자 속도는 부품 윗면 전체에 걸쳐 최대 진폭을 갖습니다. 스테인리스강에서 20kHz 주파수의 초음파 파장은 약 0.3m이고 깊이는 일반적으로 약 0.3mm 미만이므로 용융 풀 전체 내부의 음압은 용접 헤드에서 발생하는 최대 압력의 0.1%를 초과할 수 없습니다. 따라서 초음파가 캐비테이션에 미치는 영향은 미미할 수 있습니다.
강도 변조 레이저 방사선을 직접 레이저 금속 증착에 사용하는 것은 활발한 연구 분야라는 점에 유의해야 합니다.35,36,37,38
매질에 입사하는 레이저 복사의 열 효과는 절단41, 용접, 경화, 드릴링42, 표면 세척, 표면 합금, 표면 연마43 등과 같은 재료 가공을 위한 거의 모든 레이저 기술의 기초입니다. 레이저의 발명은 재료 가공 기술의 새로운 발전을 촉진했으며, 초기 결과는 수많은 리뷰와 논문44,45,46에 요약되어 있습니다.
흡수 매질에 대한 레이저 작용을 포함하여 매질에 대한 비정상적인 작용은 다소 효율적으로 매질 내에서 음파를 여기시킨다는 점에 유의해야 합니다. 초기에는 액체 내 파동의 레이저 여기와 다양한 열적 음향 여기 메커니즘(열팽창, 증발, 상전이 중 부피 변화, 수축 등)에 주로 초점을 맞추었습니다. 47, 48, 49 수많은 단행본50, 51, 52은 이 과정과 가능한 실제 응용에 대한 이론적 분석을 제공합니다.
이러한 문제들은 이후 다양한 회의에서 논의되었으며, 레이저 초음파 여기는 레이저 기술의 산업적 응용 분야53과 의학54 모두에서 응용됩니다. 따라서 펄스 레이저 광이 흡수 매질에 작용하는 과정의 기본 개념이 확립되었다고 볼 수 있습니다. 레이저 초음파 검사는 SLM으로 제조된 샘플의 결함 검출에 사용됩니다55,56.
레이저로 생성된 충격파가 재료에 미치는 영향은 레이저 충격 피닝57,58,59의 기초이며, 이는 적층 제조 부품의 표면 처리60에도 사용됩니다. 그러나 레이저 충격 강화는 나노초 레이저 펄스와 기계적으로 하중이 가해진 표면(예: 액체 층)59에서 가장 효과적입니다. 이는 기계적 하중이 최대 압력을 증가시키기 때문입니다.
다양한 물리적 장이 응고된 재료의 미세구조에 미치는 영향을 조사하기 위해 실험을 수행했습니다. 실험 장치의 기능도는 그림 1에 나와 있습니다. 자유 발진 모드(펄스 지속 시간 \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ ))로 작동하는 펄스형 Nd:YAG 고체 레이저를 사용했습니다. 각 레이저 펄스는 일련의 중성 밀도 필터와 빔 분할판 시스템을 통과합니다. 중성 밀도 필터의 조합에 따라 표적에 도달하는 펄스 에너지는 \(E_L \sim 20~\text {mJ}\)에서 \(E_L \sim 100~\text {mJ}\)까지 다양합니다. 빔 분할판에서 반사된 레이저 빔은 동시 데이터 수집을 위해 포토다이오드로 전달되고, 두 개의 칼로리미터(응답 시간이 \(1~\text {ms}\)를 사용하여 표적에 입사 및 반사된 에너지를 측정하고, 두 개의 파워 미터(포토다이오드)를 사용하여 표적에서 반사된 에너지를 측정했습니다. 입사 및 반사 광 출력을 측정하기 위해 짧은 응답 시간(<10ns)을 사용했습니다. 열량계와 파워 미터는 열전쌍 검출기 Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0와 시료 위치에 장착된 유전체 거울을 사용하여 절대 단위로 값을 제공하도록 교정했습니다. 렌즈(반사 방지 코팅 1.06μm, 초점 거리 160mm)를 사용하여 빔을 타겟에 집속하고 타겟 표면에서의 빔 웨이스트는 60~100μm로 조정했습니다.
실험 장치의 기능 개략도: 1—레이저; 2—레이저 빔; 3—중성 밀도 필터; 4—동기화된 포토다이오드; 5—빔 분할기; 6—조리개; 7—입사 빔 열량계; 8—반사 빔 열량계; 9—입사 빔 파워 미터; 10—반사 빔 파워 미터; 11—집광 렌즈; 12—거울; 13—시료; 14—광대역 압전 변환기; 15—2D 변환기; 16—위치 제어 마이크로컨트롤러; 17—동기화 장치; 18—다양한 샘플링 속도를 지원하는 다채널 디지털 데이터 수집 시스템; 19—개인용 컴퓨터.
초음파 처리는 다음과 같이 수행됩니다. 레이저는 자유 발진 모드로 작동하므로 레이저 펄스의 지속 시간은 \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\)이며, 이는 각각 약 \(1.5~\upmu \text {s}\)의 지속 시간을 갖는 여러 개의 펄스로 구성됩니다. 레이저 펄스의 시간적 형태와 스펙트럼은 그림 2에서와 같이 평균 주파수가 약 \(0.7~\text {MHz}\)인 저주파 엔벨로프와 고주파 변조로 구성됩니다. 저주파 엔벨로프는 재료의 가열 및 그에 따른 용융과 증발을 제공하고, 고주파 성분은 광음향 효과로 인한 초음파 진동을 제공합니다. 레이저에 의해 생성된 초음파 펄스의 파형은 주로 레이저 펄스 강도의 시간적 형태에 의해 결정됩니다. 주파수 범위는 7kHz에서 2MHz까지이며, 중심 주파수는 약 0.7MHz입니다. 광음향 효과로 인한 음향 펄스는 폴리비닐리덴 플루오라이드 필름으로 제작된 광대역 압전 변환기를 사용하여 기록되었습니다. 기록된 파형과 스펙트럼은 그림 2에 나타나 있습니다. 레이저 펄스의 형태는 자유 발진 모드 레이저의 전형적인 형태임을 알 수 있습니다.
레이저 펄스 강도의 시간적 분포(a)와 시료 뒷면에서의 음속 분포(b), 단일 레이저 펄스에 대해 300개의 레이저 펄스를 평균한 스펙트럼(빨간색 곡선)과 초음파 펄스의 스펙트럼(d)(파란색 곡선).
레이저 펄스의 저주파 엔벨로프와 고주파 변조에 각각 대응하는 음향 처리의 저주파 및 고주파 성분을 명확하게 구분할 수 있다. 레이저 펄스 엔벨로프에 의해 생성된 음파의 파장은 40cm를 초과하므로, 음향 신호의 광대역 고주파 성분이 미세구조에 미치는 주된 영향이 예상된다.
SLM에서의 물리적 과정은 복잡하며 다양한 공간적, 시간적 스케일에서 동시에 발생합니다. 따라서 다중 스케일 방법이 SLM의 이론적 분석에 가장 적합합니다. 수학적 모델은 우선 다중 물리적이어야 합니다. 이를 통해 불활성 기체 분위기와 상호작용하는 다상 매체 "고체-액체 용융물"의 역학 및 열물리학적 특성을 효과적으로 기술할 수 있습니다. SLM에서 재료의 열 부하 특성은 다음과 같습니다.
국부적인 레이저 조사로 인한 가열 및 냉각 속도는 최대 \(10^{13}~\text {W} cm}^2\)의 출력 밀도를 가지며, 최대 \(10^6~\text {K}/\text {s}\)에 이릅니다.
용융-응고 주기는 1~10ms 사이에 지속되며, 이는 냉각 중 용융 영역의 급속한 응고에 기여합니다.
시료 표면의 급속 가열은 표면층에 높은 열탄성 응력을 발생시킵니다. 분말층의 상당 부분(최대 20%)이 강하게 증발되어 레이저 어블레이션에 대한 반응으로 표면에 추가적인 압력 하중이 가해집니다. 결과적으로 유도된 변형은 부품의 형상, 특히 지지대와 얇은 구조 요소 근처에서 크게 변형시킵니다. 펄스 레이저 어닐링의 높은 가열 속도는 표면에서 기판으로 전파되는 초음파 변형파를 발생시킵니다. 국부적인 응력 및 변형 분포에 대한 정확한 정량적 데이터를 얻기 위해 열 및 물질 전달과 연관된 탄성 변형 문제에 대한 미시적 시뮬레이션이 수행됩니다.
모델의 지배 방정식에는 (1) 열전도율이 상 상태(분말, 용융물, 다결정) 및 온도에 따라 달라지는 비정상 열전달 방정식, (2) 연속체 제거 후 탄성 변형의 변동 및 열탄성 팽창 방정식이 포함됩니다. 경계값 문제는 실험 조건에 의해 결정됩니다. 변조된 레이저 플럭스는 시료 표면에서 정의됩니다. 대류 냉각은 전도 열교환과 증발 플럭스를 포함합니다. 질량 플럭스는 증발하는 물질의 포화 증기압 계산을 기반으로 정의됩니다. 열탄성 응력이 온도 차이에 비례하는 탄소성 응력-변형률 관계가 사용됩니다. 공칭 출력 300W, 주파수 10⁵Hz, 간헐 계수 100, 유효 빔 직경 200μm를 기준으로 합니다.
그림 3은 거시적 수학 모델을 사용하여 용융 영역을 수치 시뮬레이션한 결과를 보여줍니다. 용융 영역의 직경은 200μm(반경 100μm)이고 깊이는 40μm입니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 펄스 변조의 높은 간헐성으로 인해 표면 온도가 시간에 따라 국부적으로 100K 정도 변합니다. 가열 속도(V_h)와 냉각 속도(V_c)는 각각 10⁷K/s와 10⁶K/s 정도입니다. 이러한 값들은 이전 분석 결과와 잘 일치합니다.⁶⁴ V_h와 V_c 사이의 한 자릿수 차이는 표면층의 급격한 과열을 초래하며, 기판으로의 열전도가 열을 제거하기에 불충분합니다. 따라서, 표면 온도가 \(t=26~\upmu \text {s}\) 최고 \(4800~\text {K}\)까지 상승합니다. 물질의 격렬한 증발은 시료 표면에 과도한 압력을 가하여 박리를 유발할 수 있습니다.
316L 시편판에 대한 단일 레이저 펄스 어닐링의 용융 영역에 대한 수치 시뮬레이션 결과입니다. 펄스 시작부터 용융 풀 깊이가 최대값에 도달하는 데 걸리는 시간은 180μs입니다. 등온선(T = T_L = 1723K)은 액상과 고상 사이의 경계를 나타냅니다. 등압선(노란색 선)은 다음 절에서 온도의 함수로 계산된 항복 응력에 해당합니다. 따라서 두 등온선(등온선 T=T_L과 등압선 σ = σ_V(T)) 사이 영역에서 고상은 강한 기계적 하중을 받게 되며, 이는 미세 구조의 변화를 초래할 수 있습니다.
이 효과는 그림 4a에서 더 자세히 설명되어 있는데, 용융 영역의 압력 수준이 시간과 표면으로부터의 거리에 대한 함수로 나타나 있습니다. 첫째, 압력 변화는 위 그림 2에서 설명한 레이저 펄스 강도의 변조와 관련이 있습니다. 약 t=26μm에서 약 10MPa의 최대 압력이 관찰되었습니다. 둘째, 제어 지점에서의 국부 압력 변동은 500kHz의 주파수와 동일한 진동 특성을 보입니다. 이는 초음파 압력파가 표면에서 발생하여 기판 내부로 전파됨을 의미합니다.
용융 영역 근처의 변형 영역의 계산된 특성은 그림 4b에 나타나 있습니다. 레이저 어블레이션과 열탄성 응력은 기판으로 전파되는 탄성 변형파를 발생시킵니다. 그림에서 볼 수 있듯이 응력 발생은 두 단계로 진행됩니다. 첫 번째 단계인 \(t < 40~\upmu \text {s}\) 동안 미세스 응력은 표면 압력과 유사한 변조를 보이며 \(8~\text {MPa}\)까지 상승합니다. 이 응력은 레이저 어블레이션으로 인해 발생하며, 초기 열영향부가 너무 작아 제어점에서 열탄성 응력이 관찰되지 않았습니다. 열이 기판으로 방출됨에 따라 제어점에서는 \(40~\text {MPa}\) 이상의 높은 열탄성 응력이 발생합니다.
얻어진 변조된 응력 수준은 고체-액체 계면에 상당한 영향을 미치며 응고 경로를 제어하는 ​​메커니즘일 수 있습니다. 변형 영역의 크기는 용융 영역의 2~3배입니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 용융 등온선의 위치와 항복 응력과 동일한 응력 수준을 비교했습니다. 이는 펄스 레이저 조사가 순간적인 시간에 따라 300~800μm 사이의 유효 직경을 가진 국부 영역에 높은 기계적 하중을 가한다는 것을 의미합니다.
따라서, 펄스 레이저 어닐링의 복잡한 변조는 초음파 효과를 유발합니다. 초음파 부하가 없는 SLM과 비교했을 때 미세구조 선택 경로는 다릅니다. 변형된 불안정 영역은 고체상에서 주기적인 압축 및 인장 사이클을 유발합니다. 따라서 새로운 결정립계 및 아결정립계의 형성이 가능해집니다. 그러므로 아래 그림과 같이 미세구조적 특성을 의도적으로 변경할 수 있습니다. 이러한 결론은 펄스 변조 유도 초음파 구동 SLM 프로토타입을 설계할 가능성을 제시합니다. 이 경우, 다른 곳에서 사용되는 압전 인덕터 26은 제외할 수 있습니다.
(a) 대칭축을 따라 표면으로부터 0, 20, 40μm 떨어진 거리에서 계산된 시간에 따른 압력 변화. (b) 시료 표면으로부터 70, 120, 170μm 떨어진 거리에서 계산된 고체 매트릭스 내의 시간에 따른 폰 미세스 응력.
실험은 20×20×5mm 크기의 AISI 321H 스테인리스강 판재를 사용하여 수행되었습니다. 각 레이저 펄스 후, 판재는 50μm 이동하며, 표면에서의 레이저 빔 웨이스트는 약 100μm입니다. 동일한 경로를 따라 최대 5회까지 빔을 연속적으로 조사하여 가공된 재료를 재용융시켜 결정립 미세화를 유도했습니다. 모든 경우에, 재용융된 영역은 레이저 방사선의 진동 성분에 따라 초음파 처리되었습니다. 그 결과 평균 결정립 면적이 5배 이상 감소했습니다. 그림 5는 레이저 용융 영역의 미세구조가 연속적인 재용융 주기(패스) 횟수에 따라 어떻게 변화하는지를 보여줍니다.
하위 그림 (a, d, g, j) 및 (b, e, h, k)는 레이저 용융 영역의 미세 구조를 나타내고, 하위 그림 (c, f, i, l)은 착색된 입자의 면적 분포를 나타냅니다. 음영은 히스토그램 계산에 사용된 입자를 나타냅니다. 색상은 입자 영역에 해당합니다(히스토그램 상단의 색상 막대 참조). 하위 그림 (ac)는 미처리 스테인리스강에 해당하고, 하위 그림 (df), (gi), (jl)은 각각 1회, 3회, 5회 재용융된 스테인리스강에 해당합니다.
레이저 펄스 에너지가 연속적인 패스 사이에서 변하지 않기 때문에 용융 영역의 깊이는 동일합니다. 따라서 다음 채널이 이전 채널을 완전히 "덮습니다". 그러나 히스토그램은 패스 횟수가 증가함에 따라 평균 및 중앙값 결정립 면적이 감소하는 것을 보여줍니다. 이는 레이저가 용융물이 아닌 기판에 작용하고 있음을 나타낼 수 있습니다.
결정립 미세화는 용융 풀의 급속 냉각으로 인해 발생할 수 있습니다.65 또 다른 실험에서는 스테인리스강판(321H 및 316L) 표면을 대기(그림 6) 및 진공(그림 7)에서 연속파 레이저에 노출시켰습니다. 평균 레이저 출력(각각 300W 및 100W)과 용융 풀 깊이는 자유 발진 모드의 Nd:YAG 레이저 실험 결과와 유사합니다. 그러나 전형적인 기둥형 구조가 관찰되었습니다.
연속파 레이저(정출력 300W, 스캔 속도 200mm/s, AISI 321H 스테인리스강)로 레이저 용융된 영역의 미세 구조.
(a) 연속파 레이저(100W 일정 출력, 200mm/s 스캔 속도, AISI 316L 스테인리스강)를 사용하여 진공 상태에서 레이저 용융된 영역의 미세 구조 및 (b) 전자 후방 산란 회절 이미지(약 2mbar).
따라서 레이저 펄스 강도의 복잡한 변조가 결과적인 미세구조에 상당한 영향을 미친다는 것이 분명히 드러납니다. 우리는 이러한 효과가 기계적인 성질을 가지며, 용융물의 조사된 표면에서 시료 깊숙이 전파되는 초음파 진동의 발생으로 인해 발생한다고 생각합니다. 외부 압전 변환기와 고강도 초음파를 제공하는 소노트로드를 사용하여 Ti-6Al-4V 합금(26) 및 스테인리스강(34)을 포함한 다양한 재료에서 유사한 결과가 얻어졌습니다(13, 26, 34, 66, 67). 가능한 메커니즘은 다음과 같이 추측됩니다. 초고속 현장 싱크로트론 X선 이미징에서 입증된 바와 같이, 강한 초음파는 음향 공동 현상을 일으킬 수 있습니다. 공동 기포의 붕괴는 용융 물질에 충격파를 발생시키며, 그 전면 압력은 약 100MPa에 달합니다(69). 이러한 충격파는 액체 내에서 임계 크기의 고체상 핵 형성을 촉진할 만큼 충분히 강하여 전형적인 기둥형 구조를 파괴할 수 있습니다. 적층 제조 방식의 결정립 구조.
본 연구에서는 강한 초음파 처리에 의한 구조적 변형을 유발하는 또 다른 메커니즘을 제안합니다. 응고 직후, 재료는 융점에 가까운 고온 상태이며 항복 응력이 매우 낮습니다. 강한 초음파는 소성 유동을 유발하여 고온의 갓 응고된 재료의 결정립 구조를 변화시킬 수 있습니다. 그러나 항복 응력의 온도 의존성에 대한 신뢰할 만한 실험 데이터는 \(T\lesssim 1150~\text {K}\)에서 얻을 수 있습니다(그림 8 참조). 따라서 이 가설을 검증하기 위해 AISI 316 L 강과 유사한 Fe-Cr-Ni 조성에 대한 분자 동역학(MD) 시뮬레이션을 수행하여 융점 근처에서의 항복 응력 거동을 평가했습니다. 항복 응력 계산에는 참고문헌 70, 71, 72, 73에 자세히 설명된 MD 전단 응력 완화 기법을 사용했습니다. 원자 간 상호작용 계산에는 참고문헌 74의 임베디드 원자 모델(EAM)을 사용했습니다. MD 시뮬레이션은 LAMMPS 코드 75, 76을 사용하여 수행했습니다. MD 시뮬레이션에 대한 자세한 내용은 추후 발표될 예정입니다. 다른 곳에서.온도에 따른 항복응력의 MD 계산 결과는 사용 가능한 실험 데이터 및 기타 평가77,78,79,80,81,82와 함께 그림 8에 나와 있습니다.
AISI 316 등급 오스테나이트 스테인리스강의 항복 응력 및 MD 시뮬레이션을 위한 모델 조성 대 온도 그래프. 실험 측정값은 참고문헌 (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81에서 가져왔습니다. (f) 82는 레이저 보조 적층 제조 중 인라인 응력 측정을 위한 항복 응력-온도 의존성의 경험적 모델입니다. 본 연구의 대규모 MD 시뮬레이션 결과는 결함이 없는 무한 단결정의 경우 \(\vartriangleleft\)로, Hall-Petch 관계를 통해 평균 입자 크기를 고려한 유한 입자의 경우 \(\vartriangleright\)로 표시됩니다.
\(T>1500~\text {K}\)에서 항복응력이 \(40~\text {MPa}\) 미만으로 떨어지는 것을 알 수 있습니다. 반면에, 레이저로 생성된 초음파 진폭은 \(40~\text {MPa}\)를 초과하는 것으로 예측되며(그림 4b 참조), 이는 방금 응고된 고온 재료에 소성 유동을 유도하기에 충분합니다.
복합 강도 변조 펄스 레이저 소스를 사용하여 SLM 공정 중 12Cr18Ni10Ti(AISI 321H) 오스테나이트 스테인리스강의 미세구조 형성을 실험적으로 조사하였다.
레이저 용융 영역에서 입자 크기 감소는 1회, 3회 또는 5회 통과 후 연속적인 레이저 재용융으로 인해 발생하는 것으로 나타났습니다.
거시적 모델링에 따르면 초음파 변형이 응고 전선에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 영역의 추정 크기는 최대 \(1~\text {mm}\)인 것으로 나타났습니다.
미세 MD 모델은 AISI 316 오스테나이트 스테인리스강의 항복 강도가 용융점 근처에서 약 40MPa로 크게 감소함을 보여줍니다.
얻어진 결과는 복합 변조 레이저 가공을 이용하여 재료의 미세 구조를 제어하는 ​​방법을 제시하며, 펄스형 SLM 기술의 새로운 변형을 개발하는 기반이 될 수 있다.
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