Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Voafetra ny fanohanana ny CSS amin'ny dikan-tranonkala ampiasainao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na hamono ny fomba mifanaraka amin'ny Internet Explorer). Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, dia hampiseho ny tranonkala tsy misy endrika sy JavaScript izahay.
Misy fomba fiasa vaovao mifototra amin'ny fandrendrehana laser voafantina mba hifehezana ny rafitra bitika amin'ny vokatra mandritra ny fizotran'ny famokarana. Miantehitra amin'ny famokarana onja ultrasonika avo lenta ao anaty dobo mitsonika amin'ny alàlan'ny taratra laser miovaova amin'ny hamafiny saro-takarina ity fomba fiasa ity. Ny fanadihadiana andrana sy ny simulation nomerika dia mampiseho fa azo atao ara-teknika ity fomba fiasa fanaraha-maso ity ary azo ampidirina tsara amin'ny famolavolana milina fandrendrehana laser voafantina maoderina.
Nitombo be ny famokarana additive (AM) amin'ny ampahany sarotra endrika tato anatin'ny folo taona faramparany. Na izany aza, na eo aza ny karazana dingana famokarana additive, anisan'izany ny fandrendrehana laser voafantina (SLM)1,2,3, ny fametrahana metaly laser mivantana4,5,6, ny fandrendrehana taratra elektrôna7,8 sy ny hafa9,10, dia mety ho tsy mety ny ampahany. Izany dia vokatry ny toetra manokan'ny fizotran'ny fanamafisana ny dobo miempo mifandraika amin'ny gradient mafana avo, ny tahan'ny fampangatsiahana avo lenta, ary ny fahasarotan'ny tsingerin'ny fanafanana amin'ny fitaovana fandrendrehana sy fandrendrehana indray11, izay mitarika amin'ny fitomboan'ny voa epitaxial sy ny porosity lehibe12,13. Ny valiny dia mampiseho fa ilaina ny mifehy ny gradient mafana, ny tahan'ny fampangatsiahana, ary ny firafitry ny firaka, na mampihatra dona ara-batana fanampiny amin'ny alàlan'ny sehatra ivelany manana toetra isan-karazany (ohatra, ultrasound) mba hahazoana rafitra voa mitovy lenta.
Maro ireo boky sy gazety no miahy ny fiantraikan'ny fitsaboana amin'ny hovitrovitra amin'ny fizotran'ny fanamafisana amin'ny dingana fanariana mahazatra14,15. Na izany aza, ny fampiharana sehatra ivelany amin'ny fifangaroan'ny akora dia tsy mamokatra ny rafitra bitika irina. Raha kely ny habetsaky ny dingana ranoka, dia miova be ny toe-javatra. Amin'ity tranga ity, ny sehatra ivelany dia misy fiantraikany lehibe amin'ny fizotran'ny fanamafisana. Ny fiantraikany elektromagnetika dia nodinihina nandritra ny sehatra akostika mahery vaika16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, ny fikororohana arc28 sy ny oscillation29, ny arc plasma pulsed30,31 ary fomba hafa32. Ampifandraiso amin'ny substrate amin'ny alàlan'ny loharano ultrasound avo lenta ivelany (amin'ny 20 kHz). Ny fanatsarana ny voa vokatry ny ultrasound dia lazaina fa vokatry ny fitomboan'ny faritra ambanin'ny fampangatsiahana noho ny fihenan'ny gradient mari-pana sy ny fanamafisana ny ultrasound mba hamoronana kristaly vaovao amin'ny alàlan'ny cavitation.
Ato amin'ity asa ity, dia nodinihinay ny mety hanovana ny firafitry ny voam-by vy tsy misy harafesina austenitika amin'ny alàlan'ny fanalefahana ny dobo miempo amin'ny onjam-peo ateraky ny laser miempo mihitsy. Ny fanovana ny hamafin'ny taratra laser miditra amin'ny fitaovana mandray hazavana dia miteraka onjam-peo ultrasonika, izay manova ny mikrofirafitry ny fitaovana. Io fanovana ny hamafin'ny taratra laser io dia azo ampidirina mora foana amin'ny mpanonta pirinty SLM 3D efa misy. Ny fanandramana tamin'ity asa ity dia natao tamin'ny takelaka vy tsy misy harafesina izay tratran'ny taratra laser novaina ny hamafin'ny velarany. Noho izany, ara-teknika, dia vita ny fitsaboana ny velaran'ny laser. Na izany aza, raha atao amin'ny velaran'ny sosona tsirairay ny fitsaboana laser toy izany, mandritra ny fananganana sosona isaky ny sosona, dia tratra ny fiantraikany amin'ny volume manontolo na amin'ny ampahany voafantina amin'ny volume. Raha lazaina amin'ny teny hafa, raha amboarina sosona isaky ny sosona ny ampahany, dia mitovy amin'ny "fitsaboana ny volume laser" ny fitsaboana ny velaran'ny sosona tsirairay amin'ny laser.
Raha amin'ny fitsaboana ultrasonic mifototra amin'ny tandroka ultrasonic, ny angovo ultrasonic an'ny onjam-peo mitsangana dia miparitaka manerana ny singa, raha ny hamafin'ny ultrasonic vokatry ny laser kosa dia mifantoka be eo akaikin'ny toerana idiran'ny taratra laser. Sarotra ny mampiasa sonotrode ao anaty milina fusion fandriana vovoka SLM satria ny tampony amin'ny fandriana vovoka tratran'ny taratra laser dia tokony hijanona ho tsy mihetsika. Fanampin'izany, tsy misy fihenjanana mekanika eo amin'ny tampony amin'ny ampahany. Noho izany, ny fihenjanana akostika dia akaiky ny aotra ary ny hafainganam-pandehan'ny poti dia manana amplitude ambony indrindra manerana ny tampony manontolo amin'ny ampahany. Ny tsindrin'ny feo ao anatin'ny dobo miempo manontolo dia tsy afaka mihoatra ny 0.1% amin'ny tsindry ambony indrindra ateraky ny lohan'ny welding, satria ny halavan'ny onjam-peo ultrasonic miaraka amin'ny matetika 20 kHz amin'ny vy tsy misy harafesina dia \(\sim 0.3~\text {m}\), ary ny halaliny dia matetika latsaky ny \(\sim 0.3~\text {mm}\). Noho izany, ny fiantraikan'ny ultrasound amin'ny cavitation dia mety ho kely.
Tsara homarihina fa ny fampiasana taratra laser miovaova ny hamafiny amin'ny fametrahana metaly amin'ny laser mivantana dia sehatra fikarohana mavitrika35,36,37,38.
Ny fiantraikan'ny taratra laser amin'ny hafanan'ny fitaovana no fototry ny ankamaroan'ny teknika laser 39, 40 ho an'ny fanodinana fitaovana, toy ny fanapahana41, ny fametahana, ny fanamafisana, ny fandavahana42, ny fanadiovana ny velarana, ny fametahana firaka, ny fanosorana ny velarana43, sns. Ny famoronana ny laser dia nanosika fivoarana vaovao teo amin'ny teknika fanodinana fitaovana, ary ny vokatra voalohany dia nofintinina tamin'ny famerenana sy monografia maro44,45,46.
Tsara homarihina fa ny fihetsika tsy mijanona rehetra eo amin'ny fitaovana, anisan'izany ny fihetsika laser amin'ny fitaovana mandray, dia miteraka fientanentanana onja akostika ao anatiny miaraka amin'ny fahombiazana bebe kokoa na latsaka. Tamin'ny voalohany, ny fifantohana lehibe dia ny fientanentanana laser ny onja ao anaty ranoka sy ny fomba fientanentanana mafana isan-karazany amin'ny feo (fitomboan'ny hafanana, etona, fiovan'ny volume mandritra ny fifindran'ny dingana, fihenana, sns.) 47, 48, 49. Monografia maro50, 51, 52 no manome fanadihadiana teorika momba ity dingana ity sy ny fampiharana azo ampiharina.
Noresahina nandritra ny fihaonambe isan-karazany ireo olana ireo taty aoriana, ary ny fampiasana laser amin'ny ultrasound dia azo ampiharina amin'ny fampiharana indostrialy ny teknolojia laser53 sy ny fitsaboana54. Noho izany, azo heverina fa efa voaporofo ny foto-kevitra fototra momba ny fomba fiasan'ny hazavana laser mihodinkodina amin'ny fitaovana mandray. Ny fanaraha-maso laser ultrasonic dia ampiasaina amin'ny fitadiavana lesoka amin'ny santionany novokarin'ny SLM55,56.
Ny fiantraikan'ny onjam-pahagagana ateraky ny laser amin'ny fitaovana no fototry ny laser shock peening57,58,59, izay ampiasaina ihany koa amin'ny fitsaboana ny ety ambonin'ny faritra namboarina tamin'ny alalan'ny fanampiana60. Na izany aza, ny fanamafisana ny dona laser dia mahomby indrindra amin'ny fitempon'ny laser nanosecond sy ny ety ambonin'ny faritra misy ranoka mekanika (ohatra, misy sosona ranoka)59 satria ny enta-mavesatra mekanika dia mampitombo ny tsindry ambony indrindra.
Nisy andrana natao mba handinihana ny mety ho fiantraikan'ny sehatra ara-batana isan-karazany amin'ny rafitra bitika amin'ny akora mivaingana. Aseho amin'ny Sary 1 ny kisarisary fiasan'ny andrana. Nampiasaina ny laser Nd:YAG solid-state pulsed miasa amin'ny fomba fiasa malalaka (faharetan'ny pulse \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )). Ny pulse laser tsirairay dia alefa amin'ny alàlan'ny andiana sivana hakitroky tsy miandany sy rafitra takelaka fisarahana taratra. Miankina amin'ny fitambaran'ny sivana hakitroky tsy miandany, ny angovon'ny pulse amin'ny lasibatra dia miovaova manomboka amin'ny \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) ka hatramin'ny \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). Ny taratra laser taratra avy amin'ny fisarahana taratra dia alefa any amin'ny photodiode mba hahazoana angon-drakitra miaraka, ary kalorimetatra roa (photodiode misy fotoana famaliana lava mihoatra ny \(1~\text {ms}\)) no ampiasaina hamaritana ny fidirana sy ny taratra avy amin'ny lasibatra, ary metatra herinaratra roa (photodiode misy valiny fohy in-\(<10~\text {ns}\)) mba hamaritana ny hery optika miditra sy miverina. Nohavaozina ny kalorimetatra sy ny metatra herinaratra mba hanomezana sanda amin'ny singa tanteraka amin'ny alàlan'ny fampiasana fitaovana mpitsikilo thermopile Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 sy fitaratra dielektrika napetraka eo amin'ny toerana misy ny santionany. Afantohy amin'ny lasibatra ny taratra amin'ny alàlan'ny fampiasana family (Antireflection coating amin'ny \(1.06 \upmu \text {m}\), halavan'ny fifantohana \(160~\text {mm}\)) ary andilan'ny taratra eo amin'ny velaran'ny lasibatra 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Kisarisary ara-drafitra fiasan'ny fanandramana: 1—laser; 2—taratra laser; 3—sivana hakitroky tsy miandany; 4—photodiode mifandrindra; 5—mpizara taratra; 6—diaphragm; 7—kalorimetatra amin'ny taratra miditra; 8—kalorimetatra amin'ny taratra taratra; 9—metatra herinaratra miditra; 10—metatra herinaratra taratra; 11—lentilles mifantoka; 12—fitaratra; 13—santionany; 14—transducer piezoelectric broadband; 15—mpanova 2D; 16—mikrôkontrolera toerana; 17—singa fampifanarahana; 18—rafitra fandraisana nomerika maro fantsona misy tahan'ny santionany isan-karazany; 19—solosaina manokana.
Toy izao manaraka izao ny fomba fitsaboana amin'ny alalan'ny "ultrasonic". Miasa amin'ny fomba "free-running" ny laser; noho izany, ny faharetan'ny "pulse" amin'ny laser dia \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), izay misy faharetana maromaro eo amin'ny \(1.5~\upmu \text {s } \) tsirairay avy. Ny endrika ara-potoanan'ny "pulse" amin'ny laser sy ny "spectrum"-ny dia misy valopy ambany matetika sy modulation avo matetika, miaraka amin'ny salan'isa matetika eo amin'ny \(0.7~\text {MHz}\), araka ny aseho amin'ny Sary 2.- Ny valopy matetika dia manome ny fanafanana sy ny fandrendrehana ary ny etona avy eo amin'ny akora, raha ny singa avo matetika kosa dia manome ny hovitrovitra ultrasonika noho ny fiantraikan'ny photoacoustic. Ny endriky ny onjan'ny "pulse ultrasonika" vokarin'ny laser dia voafaritry ny endriky ny hamafin'ny "pulse" amin'ny laser amin'ny fotoana. Avy amin'ny \(7~\text {kHz}\) ka hatramin'ny \ (2~\text {MHz}\) izy io, ary ny hatetika afovoany dia \(~ 0.7~\text {MHz}\). Noraisina tamin'ny alalan'ny fampiasana transducers piezoelectric broadband vita amin'ny sarimihetsika polyvinylidene fluoride ny onjam-peo noho ny fiantraikan'ny photoacoustic. Aseho amin'ny Sary 2 ny endriky ny onjam-peo voarakitra sy ny spectrum-ny. Tsara homarihina fa ny endriky ny onjam-peo laser dia mahazatra ny laser mode free-running.
Fizarana ara-potoana ny hamafin'ny fitempon'ny laser (a) sy ny hafainganam-pandehan'ny feo eo amin'ny velaran'ny santionany (b), ny spektra amin'ny fitempon'ny laser (c) sy ny fitempon'ny ultrasonika (d) amin'ny salan'isa mihoatra ny fitempon'ny laser 300 (fiolahana mena) ho an'ny fitempon'ny laser tokana (fiolahana manga).
Afaka manavaka tsara ny singa ambany matetika sy avo matetika amin'ny fitsaboana akostika mifanaraka amin'ny valopy ambany matetika amin'ny fitempon'ny laser sy ny modulation avo matetika isika. Mihoatra ny \(40~\text {cm}\ ny halavan'ny onjam-peo vokarin'ny valopy fitempon'ny laser); noho izany, ny fiantraikany lehibe ateraky ny singa avo matetika amin'ny famantarana akostika eo amin'ny rafitra bitika no andrasana.
Sarotra ireo dingana ara-batana ao amin'ny SLM ary mitranga miaraka amin'ny ambaratonga ara-toerana sy ara-potoana samihafa. Noho izany, ny fomba misy ambaratonga maro no mety indrindra amin'ny famakafakana teorika ny SLM. Tokony ho ara-batana maro aloha ireo modely matematika. Azo faritana tsara avy eo ny mekanika sy ny termofizikan'ny fitaovana misy dingana maro "levona-rano mivaingana" izay mifandray amin'ny atmosfera entona tsy mihetsika. Ireto manaraka ireto ny toetran'ny enta-mavesatry ny hafanana ao amin'ny SLM.
Hafainganam-pandeha fanafanana sy fampangatsiahana hatramin'ny \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ noho ny taratra laser eo an-toerana miaraka amin'ny hakitroky ny herinaratra hatramin'ny \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Maharitra eo anelanelan'ny 1 sy \(10~\text {ms}\ ny tsingerin'ny fitsonika sy ny fahamasahan'ny zavatra, izay mandray anjara amin'ny fihamasahan'ny faritra mitsonika haingana mandritra ny fampangatsiahana.
Ny fanafanana haingana ny velaran'ny santionany dia miteraka fihenjanana thermoelastic avo lenta eo amin'ny sosona ambonin'ny tany. Ny ampahany ampy (hatramin'ny 20%) amin'ny sosona vovoka dia miempo mafy63, izay miteraka tsindry fanampiny eo amin'ny ambonin'ny tany ho setrin'ny ablation laser. Vokatr'izany, ny fihenjanana ateraky ny fihenjanana dia manova be ny jeometrika ampahany, indrindra fa eo akaikin'ny fanohanana sy ny singa ara-drafitra manify. Ny tahan'ny fanafanana avo lenta amin'ny fanafanana laser pulsed dia miteraka onjam-peo ultrasonic izay miparitaka avy amin'ny ambonin'ny tany mankany amin'ny substrate. Mba hahazoana angon-drakitra marina momba ny fihenjanana eo an-toerana sy ny fizarana fihenjanana, dia atao ny simulation mesoscopic amin'ny olan'ny fiovaovan'ny elastika mifandraika amin'ny famindrana hafanana sy faobe.
Ny fampitoviana mifehy ny modely dia ahitana (1) fampitoviana famindrana hafanana tsy marin-toerana izay miankina amin'ny toetry ny dingana (vovoka, levona, polykristalinina) sy ny mari-pana ny fitondrana hafanana, (2) fiovaovan'ny fiovaovan'ny elastika aorian'ny fanesorana mitohy sy ny fampitoviana fanitarana thermoelastika. Ny olana momba ny sandan'ny fetra dia voafaritry ny fepetra fanandramana. Ny flux laser voafehy dia voafaritra eo amin'ny velaran'ny santionany. Ny fampangatsiahana convective dia ahitana ny fifanakalozana hafanana mitarika sy ny flux evaporative. Ny flux mass dia voafaritra mifototra amin'ny kajy ny tsindry etona mahavoky ny fitaovana evaporative. Ny fifandraisana elastoplastic stress-strain dia ampiasaina izay mifanandrify amin'ny fahasamihafan'ny mari-pana ny stress thermoelastika. Ho an'ny hery nominal \(300~\text {W}\), ny matetika \(10^5~\text {Hz}\), ny coefficient intermittent 100 ary \(200~\upmu \text {m}\) amin'ny savaivony taratra mahomby.
Ny Sary 3 dia mampiseho ny vokatry ny simulation nomerika amin'ny faritra mitsonika mampiasa modely matematika makroskopika. Ny savaivon'ny faritra fusion dia \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) radius) ary \(40~\upmu \text {m}\) halaliny. Ny valin'ny simulation dia mampiseho fa miovaova eo an-toerana ny mari-pana amin'ny ety ambonin'ny tany miaraka amin'ny \(100~\text {K}\) noho ny anton-javatra intermittent avo lenta amin'ny modulation pulse. Ny tahan'ny fanafanana \(V_h\) sy ny fampangatsiahana \(V_c\) dia eo amin'ny filaharan'ny \(10^7\) sy \(10^6~\text {K}/\text {s}\), tsirairay avy. Ireo soatoavina ireo dia mifanaraka tsara amin'ny fanadihadiana teo aloha nataonay64. Ny fahasamihafana lehibe eo amin'ny \(V_h\) sy \(V_c\) dia miteraka hafanana be loatra amin'ny sosona ety ambonin'ny tany, izay tsy ampy ny fitarihana hafanana mankany amin'ny substrate mba hanesorana ny hafanana. Noho izany, amin'ny \(t=26~\upmu \text {s}\) ny mari-pana ambonin'ny tany dia mahatratra ny fara tampony \(4800~\text {K}\). Ny etona mahery vaika amin'ny akora dia mety hiteraka tsindry tafahoatra amin'ny velaran'ny santionany ary hiendaka.
Vokatra simulation nomerika amin'ny faritra mitsonika amin'ny fanafanana laser tokana amin'ny takelaka santionany 316L. Ny fotoana manomboka amin'ny fiandohan'ny pulse ka hatramin'ny halalin'ny dobo mitsonika mahatratra ny sanda ambony indrindra dia \(180~\upmu\text {s}\). Ny isotherm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) dia maneho ny sisintany misy eo amin'ny dingana ranoka sy mivaingana. Ny isobars (tsipika mavo) dia mifanitsy amin'ny fihenjanana azo avy amin'ny vokatra kajy ho toy ny fiasan'ny mari-pana ao amin'ny fizarana manaraka. Noho izany, ao amin'ny sehatra misy eo amin'ny isolines roa (isotherms\(T=T_L\) sy isobars\(\sigma =\sigma _V(T)\)), ny dingana mivaingana dia iharan'ny enta-mavesatra mekanika matanjaka, izay mety hitarika fiovana eo amin'ny microstructure.
Hazavaina bebe kokoa ao amin'ny Sary 4a io fiantraikany io, izay ahitana ny haavon'ny tsindry ao amin'ny faritra mitsonika ho toy ny fiasan'ny fotoana sy ny halavirana miala amin'ny velarana. Voalohany, ny fihetsiky ny tsindry dia mifandray amin'ny fanovana ny hamafin'ny fitempon'ny laser voalaza ao amin'ny Sary 2 etsy ambony. Ny tsindry ambony indrindra \text{s}\) eo amin'ny \(10~\text {MPa}\) dia hita eo amin'ny \(t=26~\upmu eo ho eo). Faharoa, ny fiovaovan'ny tsindry eo an-toerana eo amin'ny teboka fanaraha-maso dia manana toetra mitovy amin'ny fihovitrovitra amin'ny \(500~\text {kHz}\). Midika izany fa ny onjam-peo ultrasonic dia vokarina eo amin'ny velarana ary avy eo dia miparitaka mankany amin'ny substrate.
Aseho amin'ny Sary 4b ny toetra voakajy amin'ny faritra misy fiovaovan'ny endrika akaikin'ny faritra mitsonika. Ny fanesorana amin'ny laser sy ny fihenjanana thermoelastic dia miteraka onjam-piovaovan'ny endrika elastika izay miparitaka ao amin'ny substrate. Araka ny hita amin'ny sary, misy dingana roa amin'ny famokarana fihenjanana. Mandritra ny dingana voalohany amin'ny \(t < 40~\upmu \text {s}\), ny fihenjanana Mises dia miakatra hatramin'ny \(8~\text {MPa}\) miaraka amin'ny modulation mitovy amin'ny tsindry ambonin'ny tany. Mitranga io fihenjanana io noho ny fanesorana amin'ny laser, ary tsy nisy fihenjanana thermoelastic hita tao amin'ireo teboka fanaraha-maso satria kely loatra ny faritra voakasiky ny hafanana voalohany. Rehefa miparitaka ao amin'ny substrate ny hafanana, dia miteraka fihenjanana thermoelastic avo lenta mihoatra ny \(40~\text {MPa}\) ny teboka fanaraha-maso.
Ny haavon'ny fihenjanana voaovaova azo dia misy fiantraikany lehibe amin'ny fifandraisan'ny solid-liquid ary mety ho rafitra fanaraha-maso mifehy ny lalan'ny fihenjanana. Ny haben'ny faritra miovaova dia in-2 ka hatramin'ny in-3 lehibe kokoa noho ny an'ny faritra mitsonika. Araka ny aseho amin'ny Sary 3, ampitahaina ny toerana misy ny isotherm mitsonika sy ny haavon'ny fihenjanana mitovy amin'ny fihenjanana azo. Midika izany fa ny taratra laser pulsed dia manome enta-mavesatra mekanika avo lenta amin'ny faritra eo an-toerana miaraka amin'ny savaivony mahomby eo anelanelan'ny 300 sy \(800~\upmu \text {m}\) miankina amin'ny fotoana eo no ho eo.
Noho izany, ny fanovana sarotra amin'ny fanafanana laser mihodinkodina dia mitarika ho amin'ny fiantraikan'ny ultrasonic. Ny lalan'ny fisafidianana microstructure dia tsy mitovy amin'ny SLM tsy misy enta-mavesatra ultrasonic. Ny faritra tsy marin-toerana miovaova dia mitarika ho amin'ny tsingerin'ny famatrarana sy ny fihenjanana miverimberina ao amin'ny dingana mivaingana. Noho izany, ny fiforonan'ny sisin-tany vaovao sy ny sisin-tany ambanin'ny voa dia azo atao. Noho izany, ny toetran'ny microstructure dia azo ovaina an-tsitrapo, araka ny aseho etsy ambany. Ny fehin-kevitra azo dia manome ny fahafahana hamolavola prototype SLM tarihin'ny ultrasound-induced modulation pulse. Amin'ity tranga ity, ny inductor piezoelectric 26 ampiasaina any an-kafa dia azo esorina.
(a) Tsindry araka ny fiasan'ny fotoana, kajy amin'ny halavirana samihafa avy amin'ny velarana 0, 20 ary \(40~\upmu \text {m}\) manaraka ny axe symmetry.(b) Ny tsindrin-tsindry Von Mises miankina amin'ny fotoana kajy ao anaty matrice mivaingana amin'ny halavirana 70, 120 ary \(170~\upmu \text {m}\) avy amin'ny velaran'ny santionany.
Natao tamin'ny takelaka vy tsy misy harafesina AISI 321H misy refy \(20\times 20\times 5~\text {mm}\ ny andrana. Aorian'ny fihetsehan'ny laser tsirairay, mihetsika \(50~\upmu \text {m}\ ny takelaka), ary eo amin'ny \(100~\upmu \text {m}\ eo ho eo ny andilan'ny taratra laser eo amin'ny velaran'ny lasibatra. Hatramin'ny dimy ny fandalovan'ny taratra manaraka atao amin'ny lalana iray ihany mba handrehetana indray ny akora voahodina ho an'ny fanatsarana ny voa. Amin'ny tranga rehetra, ny faritra voarendrika dia nojerena, arakaraka ny singa mihetsika amin'ny taratra laser. Izany dia miteraka fihenan'ny velaran'ny voa mihoatra ny 5 heny. Ny Sary 5 dia mampiseho ny fiovan'ny mikrofirafitry ny faritra voarendrika amin'ny laser miaraka amin'ny isan'ny tsingerin'ny fandrendrehana manaraka (fandalovana).
Tetika madinika (a,d,g,j) sy (b,e,h,k) – firafitry ny faritra levona amin'ny laser, tetika madinika (c,f,i,l) – fizarana velaran'ny voamaina miloko. Ny alokaloka dia maneho ireo poti-javatra ampiasaina hikajiana ny histogram. Ny loko dia mifanandrify amin'ny faritra voamaina (jereo ny bara loko eo an-tampon'ny histogram. Ny tetika madinika (ac) dia mifanandrify amin'ny vy tsy misy harafesina tsy voatsabo, ary ny tetika madinika (df), (gi), (jl) dia mifanandrify amin'ny levona 1, 3 ary 5.
Koa satria tsy miova ny angovon'ny fitempon'ny laser eo amin'ireo fandalovana manaraka, dia mitovy ny halalin'ny faritra mitsonika. Noho izany, ny fantsona manaraka dia "manarona" tanteraka ny teo aloha. Na izany aza, ny histogram dia mampiseho fa mihena ny velaran'ny voam-bary antonony sy antonony miaraka amin'ny fitomboan'ny isan'ny fandalovana. Mety hidika izany fa miasa amin'ny substrate ny laser fa tsy amin'ny mitsonika.
Mety ho vokatry ny fampangatsiahana haingana ny dobo mitsonika ny fanatsarana ny voam-bary65. Nisy andiana fanandramana hafa natao izay nampiharan'ny velaran'ny takelaka vy tsy misy harafesina (321H sy 316L) taratra laser mitohy eny amin'ny atmosfera (Sary 6) sy banga (Sary 7). Ny herin'ny laser antonony (300 W sy 100 W, tsirairay avy) sy ny halalin'ny dobo mitsonika dia akaiky ny valin'ny fanandramana laser Nd:YAG amin'ny fomba fiasa malalaka. Na izany aza, nisy rafitra tsanganana mahazatra hita.
Rafitra bitika amin'ny faritra levon'ny laser amin'ny laser onja mitohy (hery tsy miova 300 W, hafainganam-pandehan'ny fitiliana 200 mm/s, vy tsy misy harafesina AISI 321H).
(a) Rafitra mikrô sy (b) sary difraksion'ny elektrôna miverina amin'ny faritra levona amin'ny laser ao anaty banga miaraka amin'ny laser onja mitohy (hery tsy miova 100 W, hafainganam-pandehan'ny scan 200 mm/s, vy tsy misy harafesina AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Noho izany, dia aseho mazava tsara fa ny fanovana sarotra ny hamafin'ny fitempon'ny laser dia misy fiantraikany lehibe amin'ny microstructure vokarina. Mino izahay fa io fiantraikany io dia mekanika ary mitranga noho ny famokarana hovitrovitra ultrasonic miparitaka avy amin'ny velaran'ny taratra amin'ny melt lalina ao amin'ny santionany. Vokatra mitovy amin'izany no azo tamin'ny 13, 26, 34, 66, 67 tamin'ny fampiasana transducers piezoelectric ivelany sy sonotrodes izay manome ultrasound avo lenta amin'ny fitaovana isan-karazany anisan'izany ny Ti-6Al-4V alloy 26 sy vy tsy misy harafesina 34 vokatry ny. Ny mekanisma mety hitranga dia vinavinaina toy izao manaraka izao. Ny ultrasound mahery vaika dia mety hiteraka cavitation acoustic, araka ny aseho amin'ny sary X-ray synchrotron in situ ultrafast. Ny firodanan'ny bubbles cavitation kosa dia miteraka onjam-pahatairana ao amin'ny fitaovana melt, izay mahatratra eo amin'ny \(100~\text {MPa}\)69 eo ho eo ny tsindry eo anoloana. Ny onjam-pahatairana toy izany dia mety ho matanjaka ampy hampiroboroboana ny fiforonan'ny nuclei solid-phase critical-sized amin'ny ranoka betsaka, izay manakorontana ny rafitra tsanganana mahazatra an'ny fanamboarana akora fanampiny isaky ny sosona.
Eto izahay dia manolotra fomba fiasa hafa tompon'andraikitra amin'ny fanovana ara-drafitra amin'ny alàlan'ny sonication mahery vaika. Aorian'ny fanamafisana, ny fitaovana dia amin'ny mari-pana avo akaikin'ny teboka fandrendrehana ary manana fihenjanana ambany dia ambany. Ny onja ultrasonika mahery vaika dia mety hiteraka fikorianan'ny plastika hanova ny rafitry ny voam-bary amin'ny fitaovana mafana sy vao mihamafy. Na izany aza, ny angon-drakitra azo antoka momba ny fiankinan'ny mari-pana amin'ny fihenjanana dia azo jerena ao amin'ny \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (jereo ny Sary 8). Noho izany, mba hitsapana ity petra-kevitra ity, dia nanao simulation dinamika molekiola (MD) amin'ny firafitra Fe-Cr-Ni mitovy amin'ny vy AISI 316 L izahay mba hanombanana ny fitondran-tenan'ny fihenjanana eo akaikin'ny teboka fandrendrehana. Mba hikajiana ny fihenjanana, dia nampiasa ny teknika fialan-tsasatra MD shear stress amin'ny antsipiriany ao amin'ny 70, 71, 72, 73 izahay. Ho an'ny kajy fifandraisana interatomika, dia nampiasa ny Embedded Atomic Model (EAM) avy amin'ny 74 izahay. Ny simulation MD dia natao tamin'ny fampiasana kaody LAMMPS 75,76. Ny antsipirian'ny simulation MD dia havoaka any an-kafa. Ny MD Aseho amin'ny Sary 8 ny valin'ny kajy momba ny fihenjanana ateraky ny hafanana miaraka amin'ny angon-drakitra azo avy amin'ny andrana sy ny fanombanana hafa77,78,79,80,81,82.
Ny tsindanjana azo avy amin'ny vy tsy misy fangarony austenitic grade 316 sy ny firafitry ny modely raha oharina amin'ny mari-pana ho an'ny simulation MD. Fandrefesana andrana avy amin'ny referansa: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. Jereo. Ny (f)82 dia modely empirika momba ny fiankinan'ny tsindanjana azo avy amin'ny mari-pana ho an'ny fandrefesana ny tsindanjana an-tserasera mandritra ny famokarana additive amin'ny laser. Ny vokatry ny simulation MD amin'ny ambaratonga lehibe amin'ity fandalinana ity dia aseho ho \(\vartriangleleft\) ho an'ny kristaly tokana tsy manam-petra tsy misy lesoka ary \(\vartriangleright\) ho an'ny voam-bary voafetra raha raisina an-tsaina ny haben'ny voam-bary antonony amin'ny alàlan'ny fifandraisana Hall-Petch Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Hita fa amin'ny \(T>1500~\text {K}\) dia midina ambanin'ny \(40~\text {MPa}\) ny tsindanjana azo avy amin'ny vokatra. Etsy ankilany, ny tombana dia maminavina fa ny amplitude ultrasonic vokarin'ny laser dia mihoatra ny \(40~\text {MPa}\) (jereo ny Sary 4b), izay ampy hamporisihana ny fikorianan'ny plastika ao amin'ny fitaovana mafana vao nivaingana.
Nodinihina tamin'ny alalan'ny fanandramana ny fiforonan'ny rafitra bitika amin'ny vy tsy misy harafesina austenitika 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) nandritra ny SLM tamin'ny fampiasana loharano laser misy pulse miovaova ny hamafiny.
Hita fa nihena ny haben'ny voa tao amin'ny faritra nitsonika tamin'ny laser noho ny fitsonika indray tsy tapaka tamin'ny laser taorian'ny 1, 3 na 5 dingana.
Asehon'ny modely makroskopika fa ny haben'ny faritra izay mety hisy fiantraikany tsara amin'ny fiforonan'ny zavatra amin'ny alalan'ny ultrason dia tombanana ho hatramin'ny \(1~\text {mm}\).
Ny modely MD mikroskopika dia mampiseho fa ny tanjaky ny vy tsy misy fangarony austenitic AISI 316 dia mihena be hatrany amin'ny \(40~\text {MPa}\) akaikin'ny teboka fandrendrehana.
Ny valiny azo dia manolotra fomba iray hifehezana ny rafitra bitika amin'ny fitaovana amin'ny alàlan'ny fanodinana laser voafehy sarotra ary mety ho fototra hamoronana fanovana vaovao amin'ny teknika SLM mihodinkodina.
Liu, Y. et al. Fivoaran'ny rafitra bitika sy ny toetra mekanikan'ny akora TiB2/AlSi10Mg in situ amin'ny alalan'ny fandrendrehana laser [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Injeniera momba ny sisin-tany amin'ny alalan'ny kristaly indray amin'ny fandrendrehana amin'ny alalan'ny laser amin'ny vy tsy misy harafesina 316L [J]. Gazetin'ny Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Fampandrosoana in-toerana ny rafitra bitika sandwich miaraka amin'ny fahafaha-mihetsika nohatsaraina amin'ny alàlan'ny fanafanana laser ny firaka titane natsonika tamin'ny laser.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Fanamboarana fanampiny ny ampahany Ti-6Al-4V amin'ny alàlan'ny fametrahana metaly laser (LMD): dingana, rafitra bitika ary toetra mekanika. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Modely mikrostruktura amin'ny fametrahana angovo amin'ny alalan'ny vovoka metaly laser amin'ny Alloy 718. Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al. Fandinihana ny sary neutron parametrika Bragg Edge amin'ny santionany namboarina tamin'ny alalan'ny Laser Shock Peening.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Rafitra bitika gradient sy toetra mekanika an'ny Ti-6Al-4V namboarina tamin'ny alàlan'ny fandrendrehana taratra elektrôna. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).