Spas ji bo serdana Nature.com. Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgiriya CSS-ê bi sînor e. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî moda lihevhatinê di Internet Explorer-ê de vemirînin). Di vê navberê de, ji bo ku piştgiriya berdewam misoger bikin, em ê malperê bêyî şêwazkirin û JavaScript-ê nîşan bidin.
Mekanîzmayeke nû li ser bingeha helandina lazer a bijartî ji bo kontrolkirina mîkroavahîya berheman di pêvajoya çêkirinê de tê pêşniyarkirin. Mekanîzma xwe dispêre çêkirina pêlên ultrasonîk ên bi şîddeta bilind di hewza helandî de bi rêya tîrêjên lazer ên bi şîddeta tevlihev ve girêdayî. Lêkolînên ceribandinî û simulasyonên hejmarî nîşan didin ku ev mekanîzmaya kontrolê ji hêla teknîkî ve gengaz e û dikare bi bandor di sêwirana makîneyên helandina lazer a bijartî ya nûjen de were entegre kirin.
Çêkirina lêzêdekirinê (AM) ya perçeyên bi şiklên tevlihev di dehsalên dawî de bi girîngî mezin bûye. Lêbelê, tevî cûrbecûr pêvajoyên çêkirina lêzêdekirinê, di nav de helandina lazer a bijartî (SLM)1,2,3, danîna metalê ya lazer a rasterast4,5,6, helandina tîrêjên elektronan7,8 û yên din9,10, dibe ku perçe xelet bin. Ev bi giranî ji ber taybetmendiyên taybetî yên pêvajoya hişkbûna hewza helandî ye ku bi gradyantên germî yên bilind, rêjeyên sarbûnê yên bilind, û tevliheviya çerxên germkirinê di materyalên helandin û ji nû ve helandinê de ve girêdayî ye11, ku dibe sedema mezinbûna genimê epitaksiyal û porozîteya girîng12,13. Encam nîşan didin ku, pêdivî ye ku gradyantên germî, rêjeyên sarbûnê, û pêkhateya alloy werin kontrol kirin, an jî şokên fîzîkî yên zêde bi rêya zeviyên derveyî yên taybetmendiyên cûrbecûr (mînak, ultrason) werin sepandin da ku avahiyên genim ên hevseng ên zirav werin bidestxistin.
Gelek weşan li ser bandora dermankirina lerzînê li ser pêvajoya hişkkirinê di pêvajoyên avêtina kevneşopî de eleqedar in14,15. Lêbelê, sepandina zeviyek derveyî li ser helandinên girseyî mîkroavahîya materyalê ya xwestî çênake. Ger qebareya qonaxa şil piçûk be, rewş bi rengek dramatîk diguhere. Di vê rewşê de, zeviya derveyî bandorek girîng li ser pêvajoya hişkkirinê dike. Bandorên elektromanyetîk di dema zeviyên akustîk ên dijwar de hatine hesibandin16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, tevlihevkirina arkê28 û osîlasyonê29, kevanên plazmaya pulsasyonkirî30,31 û rêbazên din32. Bi karanîna çavkaniyek ultrasonê ya derveyî ya bi şîddeta bilind (li 20 kHz) bi substratê ve girêdin. Rafîneriya genim a bi ultrasonê ve hatî çêkirin bi zêdebûna herêma bin-sarbûna pêkhatî ve girêdayî ye ji ber kêmbûna gradyana germahiyê û zêdekirina ultrasonê ji bo çêkirina krîstalîtên nû bi rêya kavîtasyonê.
Di vê xebatê de, me îhtîmala guhertina avahiya genim a polayên zengarnegir ên austenîtîk bi sonîkkirina hewza helandî bi pêlên deng ên ku ji hêla lazera helandinê bixwe ve têne çêkirin lêkolîn kir. Modulasyona şîddeta tîrêjên lazerê yên ku li ser navgîniya ronî-vegir dikevin dibe sedema çêbûna pêlên ultrasonîk, ku mîkroavahîya materyalê diguherînin. Ev modûlasyona şîddeta tîrêjên lazerê dikare bi hêsanî di çapkerên SLM 3D yên heyî de were entegre kirin. Ceribandinên di vê xebatê de li ser plakayên pola zengarnegir hatin kirin ku rûyên wan rastî tîrêjên lazerê yên bi şîddeta-modulkirî hatine. Ji ber vê yekê, bi teknîkî, dermankirina rûyê lazer tê kirin. Lêbelê, heke dermankirinek lazer a wusa li ser rûyê her tebeqeyê were kirin, di dema avakirina tebeqe bi tebeqe de, bandor li ser tevahiya qebareyê an li ser beşên bijartî yên qebareyê têne bidestxistin. Bi gotineke din, heke beş tebeqe bi tebeqe were çêkirin, dermankirina rûyê lazerê ya her tebeqeyê wekhev e bi "dermankirina qebareya lazerê".
Li gorî terapiya ultrasonîk a li ser bingeha qiloçê ultrasonîk, enerjiya ultrasonîk a pêla deng a rawestayî li seranserê pêkhateyê tê belavkirin, di heman demê de şiddeta ultrasonîk a bi lazerê ve girêdayî nêzîkî xala ku tîrêjiya lazer tê kişandin pir komkirî ye. Bikaranîna sonotrode di makîneya hevgirtina nivîna toza SLM de tevlihev e ji ber ku rûyê jorîn ê nivîna tozê ya ku ji tîrêjiya lazerê re tê xuyang kirin divê sabît bimîne. Wekî din, li ser rûyê jorîn ê beşê zextek mekanîkî tune. Ji ber vê yekê, stresa akustîk nêzîkî sifirê ye û leza perçeyan li ser tevahiya rûyê jorîn ê beşê xwedan amplîtudek herî zêde ye. Zexta deng di hundurê tevahiya hewza helandî de nikare ji% 0.1-ê zexta herî zêde ya ku ji hêla serê welding ve hatî çêkirin derbas bibe, ji ber ku dirêjahiya pêlê ya pêlên ultrasonîk bi frekansek 20 kHz di pola zengarnegir de \(\sim 0.3~\text {m}\) ye, û kûrahî bi gelemperî ji \(\sim 0.3~\text {mm}\) kêmtir e. Ji ber vê yekê, bandora ultrasonê li ser kavîtasyonê dibe ku piçûk be.
Divê bê zanîn ku karanîna tîrêjên lazer ên bi şîddeta-modulkirî di depokirina metalên lazer ên rasterast de qadeke lêkolînê ya çalak e35,36,37,38.
Bandora germî ya tîrêjên lazerê yên li ser medyayê bingeha hema hema hemî teknîkên lazerê 39, 40 ji bo pêvajoya materyalan e, wek birîn41, kaynakirin, hişkkirin, qulkirin42, paqijkirina rûberê, alloykirina rûberê, cilandina rûberê43, û hwd. Îcadkirina lazerê pêşketinên nû di teknîkên pêvajoya materyalan de teşwîq kir, û encamên pêşîn di gelek nirxandin û monografan de hatine kurtkirin44,45,46.
Divê bê zanîn ku her çalakiyek ne-rawestayî li ser medyayê, tevî çalakiya lazerê li ser medyaya mijandinê, dibe sedema teşwîqkirina pêlên akustîk di nav wê de bi karîgeriyek kêm an zêde. Di destpêkê de, balê sereke li ser teşwîqkirina lazerê ya pêlên di şilekan de û mekanîzmayên cûrbecûr ên teşwîqkirina germî yên deng (berfirehbûna germî, buharbûn, guherîna qebareyê di dema veguherîna qonaxê de, girjbûn, hwd.) bû 47, 48, 49. Gelek monograf 50, 51, 52 analîzên teorîk ên vê pêvajoyê û sepanên wê yên pratîkî yên gengaz pêşkêş dikin.
Ev mijar paşê di konferansên cûrbecûr de hatin nîqaşkirin, û teşwîqkirina ultrasonê bi lazerê hem di sepanên pîşesaziyê yên teknolojiya lazerê de û hem jî di bijîşkiyê de xwedî serlêdan e. Ji ber vê yekê, dikare were hesibandin ku têgeha bingehîn a pêvajoya ku ronahiya lazerê ya pulsasyonkirî li ser medyayek mijandinê tevdigere hatiye damezrandin. Muayeneya ultrasonê ya lazerê ji bo tespîtkirina kêmasiyên nimûneyên ku bi SLM-ê hatine çêkirin tê bikar anîn55,56.
Bandora pêlên şokê yên ji hêla lazerê ve têne çêkirin li ser materyalan bingeha peening-a şoka lazerê ye57,58,59, ku ji bo dermankirina rûyê parçeyên bi lêzêdekirinê hatine çêkirin jî tê bikar anîn60. Lêbelê, xurtkirina şoka lazerê li ser pulsên lazerê yên nanosaniye û rûyên barkirî yên mekanîkî (mînak, bi qatek şilek)59 herî bi bandor e ji ber ku barkirina mekanîkî zexta lûtkeyê zêde dike.
Ji bo lêkolîna bandorên gengaz ên qadên fîzîkî yên cûrbecûr li ser mîkroavahîya materyalên hişkkirî ceribandin hatin kirin. Diyagrama fonksiyonel a sazkirina ceribandinê di Şekil 1 de tê nîşandan. Lazerek Nd:YAG ya rewşa hişk a pulsasyonî ku di moda azad-xebitandinê de dixebite (dema pulsê \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) hate bikar anîn. Her pulsa lazerê di nav rêzek fîlterên dendika bêalî û pergala plakaya dabeşkera tîrêjê re derbas dibe. Li gorî kombînasyona fîlterên dendika bêalî, enerjiya pulsê li ser hedefê ji \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) heya \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) diguhere. Tîrêjê lazerê ku ji dabeşkera tîrêjê vedigere ji bo bidestxistina daneyên hevdem tê dayîn fotodîodek, û du kalorîmetre (fotodîodên bi dema bersivdayînê ya dirêj ku ji \(1~\text {ms}\) derbas dibe) têne bikar anîn da ku bûyera ku li hedefê dikeve û ji wê vedigere were destnîşankirin, û du pîvanên hêzê (fotodîodên bi bersiva kurt) têne bikar anîn. caran\(<10~\text {ns}\)) ji bo destnîşankirina hêza optîkî ya bûyer û vegerandinê. Kalorîmetre û pîvanên hêzê hatin kalibrkirin da ku nirxên di yekîneyên mutleq de bidin bi karanîna detektorek termopîl Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 û neynikek dîelektrîk a li cihê nimûneyê hatî siwarkirin. Tîrêjê bi karanîna lenzek (pêçandina dij-refleks li \(1.06 \m), dirêjahiya fokusê \(160~\text {mm}\)) û kembera tîrêjê li rûyê hedefê 60– \(100~\m\text {m}\) li ser hedefê fokus bikin.
Diyagrama şematîk a fonksiyonel a sazkirina ceribandinê: 1—lazer; 2—tîrêja lazer; 3—fîltera densiteya bêalî; 4—fotodîyoda senkronîzekirî; 5—parçekera tîrêjê; 6—dîyafragma; 7—kalorîmetreya tîrêjê ketî; 8—kalorîmetreya tîrêjê ya vegerandî; 9—pîvana hêza tîrêjê ya ketî; 10—pîvana hêza tîrêjê ya vegerandî; 11—lenza fokuskirinê; 12—neynik; 13—nimûne; 14—veguherînera pîezoelektrîkî ya fireband; 15—veguherînera 2D; 16—mîkrokontrolkera pozîsyonê; 17—yekîneya senkronîzasyonê; 18—sîstema bidestxistina dîjîtal a pir-kanal bi rêjeyên nimûnegirtinê yên cûrbecûr; 19—komputera kesane.
Dermankirina bi ultrasonîk wiha tê kirin. Lazer di moda azad-xebitandinê de dixebite; ji ber vê yekê dema pulsa lazerê \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) ye, ku ji gelek demên ku her yek bi qasî \(1.5~\upmu \text {s}\) ye pêk tê. Şêweya demkî ya pulsa lazerê û spektruma wê ji zerfek frekanseke nizm û modûlasyoneke frekanseke bilind pêk tên, bi frekanseke navînî ya nêzîkî \(0.7~\text {MHz}\), wekî ku di Şekil 2 de tê xuyang kirin.- Zerfa frekansê germkirin û paşê helandin û buharbûna materyalê peyda dike, di heman demê de pêkhateya frekanseke bilind lerizînên ultrasonîk ji ber bandora fotoakustîk peyda dike. Şêweya pêlê ya pulsa ultrasonîk a ji hêla lazerê ve hatî çêkirin bi giranî ji hêla şeklê demê yê şîdeta pulsa lazerê ve tê destnîşankirin. Ew ji \(7~\text {kHz}\) heta \(2~\text {MHz}\) ye, û frekansa navendî \(~\text {MHz}\) ye. Pulsên akustîk ên ji ber bandora fotoakustîk bi karanîna veguherînerên pîezoelektrîkî yên fireband ên ji fîlmên polîvînîlîden florîd hatine çêkirin hatin tomar kirin. Şêweya pêlê ya tomarkirî û spektruma wê di Şekil 2 de têne nîşandan. Divê were zanîn ku şeklê pulsên lazerê tîpîk e ji bo lazerek moda azad-xebitandinê.
Belavbûna demkî ya şîdeta pulsa lazerê (a) û leza deng li ser rûyê paşîn ê nimûneyê (b), spektrumên pulsa lazerê (c) û pulsa ultrasonîk (d) ji bo yek pulsa lazerê (xêza şîn) bi navînî li ser 300 pulsên lazerê (xêza sor) bû.
Em dikarin pêkhateyên frekanseke nizm û frekanseke bilind ên dermankirina akustîk bi rêzê ve bi awayekî zelal ji hev cuda bikin, ku bi rêzê ve bi zerfa frekanseke nizm a pulsa lazerê û modûlasyona frekanseke bilind re têkildar in. Dirêjahiya pêlên pêlên akustîk ên ku ji hêla zerfa pulsa lazerê ve têne çêkirin ji \(40~\text {cm}\ derbas dibe; ji ber vê yekê, bandora sereke ya pêkhateyên frekanseke bilind ên sînyala akustîk li ser mîkroavahiyê tê hêvîkirin.
Pêvajoyên fîzîkî di SLM de tevlihev in û di heman demê de li ser pîvanên cîhî û demî yên cûda çêdibin. Ji ber vê yekê, rêbazên pir-pîvanî ji bo analîza teorîk a SLM-ê herî guncaw in. Modelên matematîkî divê di destpêkê de pir-fîzîkî bin. Mekanîk û termofîzîka navgînek pir-qonaxî "helîna hişk-şilek" ku bi atmosferek gaza bêbandor re têkilî datîne, dûv re dikare bi bandor were vegotin. Taybetmendiyên barên germî yên materyalê di SLM de wiha ne.
Rêjeyên germkirin û sarkirinê heta \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ ji ber tîrêjên lazerê yên herêmî bi dendika hêzê heta \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Çerxa helandin-hişkbûnê di navbera 1 û \(10~\text {ms}\) de dom dike, ku ev yek dibe sedema hişkbûna bilez a herêma helandinê di dema sarkirinê de.
Germkirina bilez a rûyê nimûneyê dibe sedema çêbûna stresên termoelastîk ên bilind di tebeqeya rûyê de. Beşek têr (heta 20%) ji tebeqeya tozê bi tundî tê buharkirin63, ku di bersiva ablasyona lazerê de dibe sedema barekî zextê yê zêde li ser rûyê. Di encamê de, zora çêkirî bi girîngî geometrîya parçeyê, nemaze li nêzî piştgirî û hêmanên avahîsaziyê yên zirav, xirab dike. Rêjeya germkirina bilind di germkirina lazerê ya pulsasyonî de dibe sedema çêbûna pêlên zorê yên ultrasonîk ku ji rûyê ber bi substratê ve belav dibin. Ji bo ku daneyên hejmarî yên rast li ser belavkirina zor û zorê ya herêmî werin bidestxistin, simulasyonek mezoskopîk a pirsgirêka deformasyona elastîk a bi veguheztina germ û girseyê ve girêdayî tê kirin.
Hevkêşeyên rêvebir ên modelê ev in: (1) hevkêşeyên veguhestina germê ya nearam ku tê de guhêzbariya germê bi rewşa qonaxê (toz, heliyayî, polîkrîstalîn) û germahiyê ve girêdayî ye, (2) guherînên di deformasyona elastîk de piştî ablasyona domdar û hevkêşeya berfirehbûna termoelastîk. Pirsgirêka nirxa sînor bi şert û mercên ceribandinê ve tê destnîşankirin. Herikîna lazerê ya modulkirî li ser rûyê nimûneyê tê destnîşankirin. Sarbûna konvektîk guheztina germê ya guhêzbar û herikîna buharê vedihewîne. Herikîna girseyî li ser bingeha hesabkirina zexta buhara têrbûyî ya materyalê buharê tê destnîşankirin. Têkiliya stres-deformasyonê ya elastoplastîk tê bikar anîn ku stresa termoelastîk bi cûdahiya germahiyê re rêjeyî ye. Ji bo hêza nominal \(300~\text {W}\), frekans \(10^5~\text {Hz}\), katsayiya navber 100 û \(200~\mu \text {m}\) ya diametera tîrêjê ya bi bandor.
Wêne 3 encamên simulasyona hejmarî ya herêma helandî bi karanîna modelek matematîkî ya makroskopîk nîşan dide. Qûtra herêma hevgirtinê \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) radius) û \(40~\upmu \text {m}\) kûrahî ye. Encamên simulasyonê nîşan didin ku germahiya rûyê erdê bi demê re wekî \(100~\text {K}\) ji ber faktora navber a bilind a modûlasyona pulsê diguhere. Rêjeyên germkirinê \(V_h\) û sarkirinê \(V_c\) bi rêzê ve li ser rêza \(10^7\) û \(10^6~\text {K}/\text {s}\) ne. Ev nirx bi analîza me ya berê re li hev dikin64. Cûdahiyek rêza mezinahî di navbera \(V_h\) û \(V_c\) de dibe sedema germbûna bilez a qata rûyê erdê, ku tê de guhêrbariya germî ya ber bi substratê ve têrê nake ku germê rake. Ji ber vê yekê, di \(t=26~\upmu \text {s}\) germahiya rûyê digihîje \(4800~\text {K}\). Buharbûna bihêz a materyalê dikare bibe sedema ku rûyê nimûneyê rastî zextek zêde were û biqelişe.
Encamên simulasyona hejmarî ya herêma helandinê ya germkirina pulsa lazer a yekane li ser plakaya nimûneya 316L. Dema ji destpêka pulsê heta kûrahiya hewza helandî ya ku digihîje nirxa herî zêde \(180~\upmu\text {s}\) ye. Îzoterm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) sînorê di navbera qonaxên şil û hişk de temsîl dike. Îzobar (xetên zer) bi zexta berdestbûnê re têkildar in ku wekî fonksiyonek germahiyê di beşa din de têne hesibandin. Ji ber vê yekê, di qada di navbera her du îzoleyan de (îzoterm\(T=T_L\) û îzobêr\(\sigma =\sigma _V(T)\)), qonaxa hişk rastî barên mekanîkî yên bihêz tê, ku dibe ku bibe sedema guhertinên di mîkroavahîyê de.
Ev bandor di Şekil 4a de bêtir tê ravekirin, ku tê de asta zextê di herêma helandî de wekî fonksiyonek dem û dûrbûna ji rûyê erdê tê xêzkirin. Pêşîn, tevgera zextê bi modûlasyona şîdeta pulsa lazerê ve girêdayî ye ku di Şekil 2-an de li jor hatî vegotin. Zextek herî zêde \text{s}\) ya bi qasî \(10~\text {MPa}\) li dora \(t=26~\upmu) hate dîtin. Ya duyemîn, guherîna zexta herêmî li xala kontrolê xwedî heman taybetmendiyên lerzînê ye wekî frekansa \(500~\text {kHz}\). Ev tê vê wateyê ku pêlên zexta ultrasonîk li rûyê erdê têne çêkirin û dûv re di bin erdê de belav dibin.
Taybetmendiyên hesabkirî yên herêma deformasyonê ya nêzîkî herêma helandinê di Şekil 4b de têne nîşandan. Ablasyona lazer û stresa termoelastîk pêlên deformasyona elastîk çêdikin ku di nav substratê de belav dibin. Wekî ku ji wêneyê tê dîtin, du qonaxên çêbûna stresê hene. Di qonaxa yekem a \(t < 40~\upmu \text {s}\), stresa Mises bi modûlasyonek mîna zexta rûyê digihîje \(8~\text {MPa}\). Ev stres ji ber ablasyona lazer çêdibe, û di xalên kontrolê de stresa termoelastîk nehat dîtin ji ber ku herêma destpêkê ya ku ji germê bandor bûye pir piçûk bû. Dema ku germ di nav substratê de belav dibe, xala kontrolê stresa termoelastîk a bilind li jor \(40~\text {MPa}\) çêdike.
Asta stresa modulkirî ya bidestxistî bandorek girîng li ser rûbera hişk-şilek dike û dibe ku mekanîzmaya kontrolê be ku rêya hişkbûnê birêve dibe. Mezinahiya herêma deformasyonê 2 heta 3 caran ji ya herêma helandinê mezintir e. Wekî ku di Şekil 3 de tê xuyang kirin, cihê îzoterma helandinê û asta stresê ya wekhevî stresa berdestbûnê têne berhev kirin. Ev tê vê wateyê ku tîrêjên lazerê yên pulsasyonî barên mekanîkî yên bilind li deverên herêmî bi qûtrasek bi bandor di navbera 300 û \(800~\upmu \text {m}\) de li gorî dema yekser peyda dike.
Ji ber vê yekê, modûlasyona tevlihev a germkirina lazerê ya pulsasyonî dibe sedema bandora ultrasonîk. Rêya hilbijartina mîkroavahîyê heke ji SLM-ya bêyî barkirina ultrasonîk were berhev kirin cûda ye. Herêmên nearam ên deformasyonî dibin sedema çerxên periyodîk ên zext û dirêjkirinê di qonaxa hişk de. Bi vî rengî, avakirina sînorên genim û sînorên bingenim ên nû gengaz dibe. Ji ber vê yekê, taybetmendiyên mîkroavahîyê dikarin bi zanebûn werin guhertin, wekî ku li jêr tê nîşandan. Encamên hatine bidestxistin îhtîmala sêwirandina prototîpek SLM-ya bi ultrasonê ya bi modûlasyona pulsasyonî ve hatî çêkirin peyda dikin. Di vê rewşê de, înduktora pîezoelektrîkî 26 ku li cîhek din tê bikar anîn dikare were derxistin.
(a) Zext wekî fonksiyonek demê, ku li dûrên cûda ji rûyê 0, 20 û \(40~\upmu \text {m}\) li ser eksena sîmetrîyê tê hesibandin. (b) Stresa Von Mises a girêdayî demê ku di matrîksek hişk de li dûrên 70, 120 û \(170~\upmu \text {m}\) ji rûyê nimûneyê tê hesibandin.
Ceribandin li ser plakayên pola yên AISI 321H bi pîvanên \(20\car 20\car 5~\text {mm}\) hatin kirin. Piştî her pulsa lazerê, plaka \(50~\upmu \text {m}\) digere, û kembera tîrêja lazerê li ser rûyê hedef bi qasî \(100~\upmu \text {m}\) ye. Heta pênc derbasbûnên tîrêjê yên paşê li ser heman rêyê têne kirin da ku ji nû ve helandina materyalê pêvajoyî ji bo paqijkirina genim were teşwîqkirin. Di hemî rewşan de, herêma ji nû ve helandî, li gorî pêkhateya osîlatorî ya tîrêjiya lazerê, bi sonîkê hate sonickirin. Ev dibe sedema kêmkirina ji 5 qatan zêdetir di qada navînî ya genim de. Wêne 5 nîşan dide ka mîkroavahîya herêma helandî ya lazerê çawa bi hejmara çerxên ji nû ve helandinê (derbasbûn) ên paşê diguhere.
Binî nexşeyên (a,d,g,j) û (b,e,h,k) – mîkroavahîya herêmên helandî yên bi lazerê, binnîşaneyên (c,f,i,l) – belavbûna rûbera dendikên rengîn. Sîkirin perçeyên ku ji bo hesabkirina hîstogramê têne bikar anîn temsîl dike. Reng bi herêmên dendikan re têkildar in (li barika rengîn a li jorê hîstogramê binêre). Binî nexşeyên (ac) bi pola zengarnegir a nehatî dermankirin re têkildar in, û binnîşaneyên (df), (gi), (jl) bi 1, 3 û 5 ji nû ve helandî re têkildar in.
Ji ber ku enerjiya pulsa lazerê di navbera derbasbûnên paşîn de naguhere, kûrahiya herêma helandî yek e. Bi vî awayî, kanala paşîn bi tevahî ya berê "dipêçe". Lêbelê, hîstogram nîşan dide ku qada navîn û navîn a dendikê bi zêdebûna hejmara derbasbûnan ​​kêm dibe. Ev dibe ku nîşan bide ku lazer li şûna helandinê li ser substratê tevdigere.
Dibe ku paqijkirina dendikan ji ber sarbûna bilez a hewza helandî çêbibe65. Komek din a ceribandinan hate kirin ku tê de rûyên plakayên pola zengarnegir (321H û 316L) di atmosferê de (Wêne 6) û valahiyê (Wêne 7) rastî tîrêjên lazerê yên pêla domdar hatin. Hêza navînî ya lazerê (bi rêzê ve 300 W û 100 W) û kûrahiya hewza helandî nêzîkî encamên ceribandinê yên lazera Nd:YAG di moda xebata azad de ne. Lêbelê, avahiyek stûnî ya tîpîk hate dîtin.
Mîkroavahiya herêma heliyayî ya lazerek pêla berdewam (hêza sabît a 300 W, leza skenkirinê 200 mm/s, pola zengarnegir a AISI 321H).
(a) Mîkroavahî û (b) wêneyên difraksiyona paşveçûna elektronan ên herêma heliyayî ya bi lazerê di valahiyê de bi lazerek pêla domdar (hêza sabît a 100 W, leza skenkirinê ya 200 mm/s, pola zengarnegir a AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Ji ber vê yekê, bi zelalî tê nîşandan ku modûlasyona tevlihev a şîdeta pulsa lazerê bandorek girîng li ser mîkroavahiyê dike. Em bawer dikin ku ev bandor bi xwezayê mekanîkî ye û ji ber çêbûna lerizînên ultrasonîk ên ku ji rûyê tîrêjkirî yê helandinê di kûrahiya nimûneyê de belav dibin çêdibe. Encamên wekhev di 13, 26, 34, 66, 67 de bi karanîna veguherînerên pîezoelektrîkî yên derveyî û sonotrodên ku ultrasona şîdeta bilind di materyalên cûrbecûr de, di nav de alloy Ti-6Al-4V 26 û pola zengarnegir 34 peyda dikin, hatin bidestxistin. Mekanîzma gengaz wiha tê texmîn kirin. Ultrasona şîdeta dijwar dikare bibe sedema kavîtasyona akustîk, wekî ku di wênekirina tîrêjên X-ê ya synchrotron a in situ ya ultrafast de tê xuyang kirin. Hilweşîna bilbilên kavîtasyonê di encamê de pêlên şokê di materyalê helandî de çêdike, ku zexta wan a pêşîn digihîje dora \(100~\text {MPa}\)69. Pêlên şokê yên weha dikarin têra xwe bihêz bin ku avakirina navokên qonaxa zexm ên bi mezinahiya krîtîk di şilekên girseyî de pêşve bibin, avahiya genimê stûnî ya tîpîk a qat-bi-qat têk bibin. hilberîna lêzêdekirî.
Li vir, em mekanîzmayek din pêşniyar dikin ku berpirsiyarê guhertina avahîsaziyê bi sonîkasyona tund e. Di cih de piştî hişkbûnê, materyal di germahiyek bilind de nêzîkî xala helandinê ye û stresek berdêla pir kêm heye. Pêlên ultrasonîk ên tund dikarin bibin sedema ku herikîna plastîk avahiya genimê materyalê germ, tenê hişk bûyî biguhezîne. Lêbelê, daneyên ceribandinê yên pêbawer li ser girêdayîbûna germahiyê ya stresa berdêlê li \(T\lesssim 1150~\text {K}\) hene (li Wêne 8 binêre). Ji ber vê yekê, ji bo ceribandina vê hîpotezê, me simulasyonên dînamîkên molekulî (MD) yên pêkhateyek Fe-Cr-Ni ya dişibihe pola AISI 316 L pêk anîn da ku tevgera stresa berdêlê nêzîkî xala helandinê binirxînin. Ji bo hesabkirina stresa berdêlê, me teknîka rihetbûna stresa dirûnê ya MD bikar anî ku di 70, 71, 72, 73 de bi berfirehî hatî destnîşan kirin. Ji bo hesabên têkiliya navatomî, me Modela Atomî ya Çêkirî (EAM) ji 74 bikar anî. Simulasyonên MD bi karanîna kodên LAMMPS 75,76 hatin kirin. Hûrguliyên simulasyonên MD dê li cîhek din werin weşandin. Encamên hesabkirina MD ji astên westandina berdestbûnê wekî fonksiyonek germahiyê di Şekil 8 de, digel daneyên ceribandinê yên berdest û nirxandinên din77,78,79,80,81,82 têne nîşandan.
Stresa berketinê ji bo pola zengarnegir a austenîtîk a pola AISI 316 û pêkhateya modelê li gorî germahiyê ji bo simulasyonên MD. Pîvandinên ceribandinê ji referansan: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. binêre. (f)82 modelek empîrîk a girêdayîbûna stresa berketinê-germahî ye ji bo pîvandina stresa di rêzê de di dema çêkirina lêzêdekirinê ya bi lazerê de. Encamên simulasyonên MD yên di pîvana mezin de di vê lêkolînê de wekî \(\vartriangleleft\) ji bo krîstalek yekane ya bê kêmasî û \(\vartriangleright\) ji bo dendikên dawîn têne destnîşan kirin ku mezinahiya navînî ya dendikê bi rêya têkiliya Hall-Petch tê hesibandin Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Diyar e ku di \(T>1500~\text {K}\) de tansiyona berdestbûnê dadikeve jêr \(40~\text {MPa}\). Ji aliyê din ve, texmîn pêşbînî dikin ku amplîtuda ultrasonîk a ji lazerê çêkirî ji \(40~\text {MPa}\) derbas dibe (li Şekil 4b binêre), ku ji bo teşwîqkirina herikîna plastîk di materyalê germ ê nû hişkbûyî de bes e.
Pêkhatina mîkroavahiyê ya pola zengarnegir a austenîtîk a 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) di dema SLM de bi karanîna çavkaniyek lazerê ya pulsasyonê ya bi şîddeta tevlihev ve bi awayekî ceribandinî hate lêkolîn kirin.
Kêmkirina mezinahiya dendikan di herêma helandina lazerê de ji ber ji nû ve helandina domdar a lazerê piştî 1, 3, an 5 derbasbûnan ​​hate dîtin.
Modelkirina makroskopîk nîşan dide ku mezinahiya texmînkirî ya herêma ku deformasyona ultrasonîk dikare bandorek erênî li ser eniya hişkbûnê bike heta \(1~\text {mm}\) ye.
Modela MD ya mîkroskopîk nîşan dide ku hêza berbirûbûnê ya pola zengarnegir a austenîtîk a AISI 316 bi girîngî kêm dibe û nêzîkî xala helandinê digihîje \(40~\text {MPa}\).
Encamên bidestxistî rêbazek ji bo kontrolkirina mîkroavahîya materyalan bi karanîna pêvajoya lazerê ya modulkirî ya tevlihev pêşniyar dikin û dikarin wekî bingehek ji bo afirandina guhertinên nû yên teknîka SLM ya pulsasyonî xizmet bikin.
Liu, Y. û yên din. Pêşveçûna mîkroavahî û taybetmendiyên mekanîkî yên kompozîtên TiB2/AlSi10Mg yên di cîh de bi helandina bijartî ya lazerê [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. û yên din. Endezyariya sînorê dendikê ya ji nû ve krîstalîzasyonê ya helandina bijartî ya lazerê ya pola zengarnegir 316L [J]. Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Pêşveçûna di cîh de ya mîkrostrukturên sendwîçê bi duktîlîteya zêdekirî bi germkirina ji nû ve ya lazerê ya alloyên tîtanîûmê yên bi lazerê heliyayî.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. û yên din. Çêkirina lêzêdekirî ya perçeyên Ti-6Al-4V bi rêya danîna metalê ya lazerê (LMD): pêvajo, mîkroavahî û taybetmendiyên mekanîkî. J. Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. û yên din. Modelkirina mîkroavahî ya depoya enerjiyê ya bi rêberiya toza metalê ya lazerê ya Alloy 718. Add to.manufacture.25, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. û yên din. Lêkolîna Wênekirina Qiraxa Bragg a Neutron a Parametrîk a Nimûneyên Bi Awayekî Zêde Hatine Çêkirin ên ku Bi Lazer Shock Peening ve Hatine Dermankirin.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. û yên din. Mîkroavahîya gradyentê û taybetmendiyên mekanîkî yên Ti-6Al-4V ku bi helandina tîrêjên elektronan bi awayekî lêzêdekirî hatiye çêkirin. Kovara Alma Mater.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).