Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद।तपाईंले प्रयोग गरिरहनुभएको ब्राउजर संस्करणमा CSS को लागि सीमित समर्थन छ।उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अद्यावधिक गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड बन्द गर्नुहोस्)।यस बीचमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी स्टाइलिङ र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट प्रदर्शन गर्नेछौं।
उत्पादन प्रक्रियामा उत्पादनहरूको माइक्रोस्ट्रक्चर नियन्त्रण गर्न चयनात्मक लेजर पग्लनेमा आधारित नयाँ संयन्त्र प्रस्ताव गरिएको छ। यो संयन्त्र जटिल तीव्रता-मड्युलेटेड लेजर विकिरणद्वारा पग्लिएको पोखरीमा उच्च-तीव्रता अल्ट्रासोनिक तरंगहरूको उत्पादनमा निर्भर गर्दछ। प्रयोगात्मक अध्ययनहरू र संख्यात्मक सिमुलेशनहरूले देखाउँछन् कि यो नियन्त्रण संयन्त्र प्राविधिक रूपमा सम्भव छ र आधुनिक चयनात्मक लेजर पग्लने मेसिनहरूको डिजाइनमा प्रभावकारी रूपमा एकीकृत गर्न सकिन्छ।
जटिल आकारका भागहरूको योजक उत्पादन (AM) हालैका दशकहरूमा उल्लेखनीय रूपमा बढेको छ। यद्यपि, चयनात्मक लेजर पिघलने (SLM)1,2,3, प्रत्यक्ष लेजर धातु निक्षेपण4,5,6, इलेक्ट्रोन बीम पिघलने7,8 र अन्य9,10 सहित योजक उत्पादन प्रक्रियाहरूको विविधताको बावजुद, भागहरू दोषपूर्ण हुन सक्छन्। यो मुख्यतया उच्च थर्मल ग्रेडियन्टहरू, उच्च शीतलन दरहरू, र पग्लने र पुन: पग्लने सामग्रीहरूमा ताप चक्रहरूको जटिलतासँग सम्बन्धित पग्लिएको पूल ठोसीकरण प्रक्रियाको विशिष्ट विशेषताहरूको कारणले हो, जसले एपिटेक्सियल अन्न वृद्धि र महत्त्वपूर्ण पोरोसिटी12,13 निम्त्याउँछ। परिणामहरूले देखाउँछन् कि, थर्मल ग्रेडियन्टहरू, शीतलन दरहरू, र मिश्र धातु संरचना नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ, वा राम्रो समतुल्य अन्न संरचनाहरू प्राप्त गर्न विभिन्न गुणहरू (जस्तै, अल्ट्रासाउन्ड) को बाह्य क्षेत्रहरू मार्फत थप भौतिक झटकाहरू लागू गर्न आवश्यक छ।
परम्परागत कास्टिङ प्रक्रियाहरूमा ठोसीकरण प्रक्रियामा कम्पन उपचारको प्रभावसँग धेरै प्रकाशनहरू सम्बन्धित छन्14,15। यद्यपि, थोक पग्लनेहरूमा बाह्य क्षेत्र लागू गर्नाले इच्छित सामग्री सूक्ष्म संरचना उत्पादन हुँदैन। यदि तरल चरणको आयतन सानो छ भने, स्थिति नाटकीय रूपमा परिवर्तन हुन्छ। यस अवस्थामा, बाह्य क्षेत्रले ठोसीकरण प्रक्रियालाई उल्लेखनीय रूपमा असर गर्छ। तीव्र ध्वनिक क्षेत्रहरू16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, आर्क स्टिरिङ28 र दोलन29, स्पंदित प्लाज्मा आर्क्स30,31 र अन्य विधिहरू32 को समयमा विद्युत चुम्बकीय प्रभावहरू विचार गरिएको छ। बाह्य उच्च-तीव्रता अल्ट्रासाउन्ड स्रोत (20 kHz मा) प्रयोग गरेर सब्सट्रेटमा संलग्न गर्नुहोस्। अल्ट्रासाउन्ड-प्रेरित अन्न परिष्करणलाई कम तापमान ग्रेडियन्ट र क्याभिटेशन मार्फत नयाँ क्रिस्टलाइटहरू उत्पन्न गर्न अल्ट्रासाउन्ड वृद्धिको कारण बढेको संरचनात्मक सबकूलिंग क्षेत्रलाई श्रेय दिइएको छ।
यस कार्यमा, हामीले पग्लने लेजरद्वारा उत्पन्न हुने ध्वनि तरंगहरूसँग पग्लिएको पोखरीमा ध्वनिकरण गरेर अस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलको अन्न संरचना परिवर्तन गर्ने सम्भावनाको अनुसन्धान गर्यौं। प्रकाश-अवशोषक माध्यममा लेजर विकिरण घटनाको तीव्रता मोड्युलेसनले अल्ट्रासोनिक तरंगहरू उत्पादन गर्दछ, जसले सामग्रीको सूक्ष्म संरचनालाई परिवर्तन गर्दछ। लेजर विकिरणको यो तीव्रता मोड्युलेसन सजिलैसँग अवस्थित SLM 3D प्रिन्टरहरूमा एकीकृत गर्न सकिन्छ। यस कार्यमा प्रयोगहरू स्टेनलेस स्टील प्लेटहरूमा गरिएको थियो जसको सतहहरू तीव्रता-मड्युलेटेड लेजर विकिरणको सम्पर्कमा थिए। त्यसैले, प्राविधिक रूपमा, लेजर सतह उपचार गरिन्छ। यद्यपि, यदि यस्तो लेजर उपचार प्रत्येक तहको सतहमा गरिन्छ भने, तह-दर-तह निर्माणको क्रममा, सम्पूर्ण मात्रामा वा भोल्युमको चयन गरिएका भागहरूमा प्रभावहरू प्राप्त हुन्छन्। अर्को शब्दमा, यदि भाग तह-दर-तह निर्माण गरिएको छ भने, प्रत्येक तहको लेजर सतह उपचार "लेजर भोल्युम उपचार" बराबर हुन्छ।
जबकि अल्ट्रासोनिक हर्न-आधारित अल्ट्रासोनिक थेरापीमा, स्थायी ध्वनि तरंगको अल्ट्रासोनिक ऊर्जा सम्पूर्ण घटकमा वितरित हुन्छ, जबकि लेजर-प्रेरित अल्ट्रासोनिक तीव्रता लेजर विकिरण अवशोषित हुने बिन्दु नजिक अत्यधिक केन्द्रित हुन्छ। SLM पाउडर बेड फ्युजन मेसिनमा सोनोट्रोड प्रयोग गर्नु जटिल छ किनभने लेजर विकिरणको सम्पर्कमा आएको पाउडर बेडको माथिल्लो सतह स्थिर रहनु पर्छ। थप रूपमा, भागको माथिल्लो सतहमा कुनै मेकानिकल तनाव हुँदैन।त्यसकारण, ध्वनिक तनाव शून्यको नजिक छ र भागको सम्पूर्ण माथिल्लो सतहमा कण वेगको अधिकतम आयाम छ।सम्पूर्ण पग्लिएको पोखरी भित्रको ध्वनि दबाब वेल्डिंग हेडद्वारा उत्पन्न अधिकतम दबाबको ०.१% भन्दा बढी हुन सक्दैन, किनभने स्टेनलेस स्टीलमा २० kHz को आवृत्ति भएका अल्ट्रासोनिक तरंगहरूको तरंगदैर्ध्य \(\sim ०.३~\text {m}\) हुन्छ, र गहिराई सामान्यतया \(\sim ०.३~\text {mm}\) भन्दा कम हुन्छ।त्यसकारण, गुहामा अल्ट्रासाउन्डको प्रभाव सानो हुन सक्छ।
यो ध्यान दिनुपर्छ कि प्रत्यक्ष लेजर धातु निक्षेपणमा तीव्रता-मड्युलेटेड लेजर विकिरणको प्रयोग अनुसन्धानको एक सक्रिय क्षेत्र हो35,36,37,38।
लेजर विकिरण घटनाको माध्यममा हुने थर्मल प्रभाव सामग्री प्रशोधनका लागि लगभग सबै लेजर प्रविधिहरू 39, 40 को आधार हो, जस्तै काट्ने41, वेल्डिंग, कडा बनाउने, ड्रिलिंग42, सतह सफा गर्ने, सतह मिश्र धातु, सतह पालिस गर्ने43, आदि। लेजरको आविष्कारले सामग्री प्रशोधन प्रविधिहरूमा नयाँ विकासहरूलाई उत्तेजित गर्‍यो, र प्रारम्भिक परिणामहरूलाई धेरै समीक्षा र मोनोग्राफहरूमा संक्षेप गरिएको छ44,45,46।
यो ध्यान दिनुपर्छ कि माध्यममा कुनै पनि गैर-स्थिर कार्य, जसमा अवशोषित माध्यममा लेजिङ कार्य समावेश छ, कम वा बढी दक्षताका साथ ध्वनिक तरंगहरूको उत्तेजना निम्त्याउँछ। सुरुमा, मुख्य ध्यान तरल पदार्थहरूमा तरंगहरूको लेजर उत्तेजना र ध्वनिको विभिन्न थर्मल उत्तेजना संयन्त्रहरू (थर्मल विस्तार, वाष्पीकरण, चरण संक्रमणको समयमा आयतन परिवर्तन, संकुचन, आदि) मा थियो। ४७, ४८, ४९। असंख्य मोनोग्राफहरू ५०, ५१, ५२ ले यस प्रक्रिया र यसको सम्भावित व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूको सैद्धान्तिक विश्लेषण प्रदान गर्दछ।
यी मुद्दाहरू पछि विभिन्न सम्मेलनहरूमा छलफल गरियो, र अल्ट्रासाउन्डको लेजर उत्तेजनाको लेजर प्रविधि ५३ र चिकित्सा ५४ दुवैको औद्योगिक अनुप्रयोगहरूमा प्रयोग हुन्छ। त्यसकारण, यो मान्न सकिन्छ कि स्पंदित लेजर प्रकाशले अवशोषित माध्यममा कार्य गर्ने प्रक्रियाको आधारभूत अवधारणा स्थापित भएको छ। SLM-निर्मित नमूनाहरूको दोष पत्ता लगाउन लेजर अल्ट्रासोनिक निरीक्षण प्रयोग गरिन्छ ५५,५६।
लेजर-उत्पन्न झट्का तरंगहरूको सामग्रीहरूमा प्रभाव लेजर झट्का पिनिङको आधार हो57,58,59, जुन थप रूपमा निर्मित भागहरूको सतह उपचारको लागि पनि प्रयोग गरिन्छ60। यद्यपि, लेजर झट्का बलियो बनाउन नानोसेकेन्ड लेजर पल्स र मेकानिकली लोड गरिएका सतहहरू (जस्तै, तरल पदार्थको तहको साथ)59 मा सबैभन्दा प्रभावकारी हुन्छ किनभने मेकानिकल लोडिङले शिखर दबाब बढाउँछ।
ठोस पदार्थहरूको सूक्ष्म संरचनामा विभिन्न भौतिक क्षेत्रहरूको सम्भावित प्रभावहरूको अनुसन्धान गर्न प्रयोगहरू सञ्चालन गरियो। प्रयोगात्मक सेटअपको कार्यात्मक रेखाचित्र चित्र १ मा देखाइएको छ। फ्री-रनिङ मोडमा सञ्चालन हुने स्पन्दित Nd:YAG ठोस-अवस्था लेजर (पल्स अवधि \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) प्रयोग गरिएको थियो। प्रत्येक लेजर पल्स तटस्थ घनत्व फिल्टरहरूको श्रृंखला र बीम स्प्लिटर प्लेट प्रणाली मार्फत पारित गरिन्छ। तटस्थ घनत्व फिल्टरहरूको संयोजनमा निर्भर गर्दै, लक्ष्यमा पल्स ऊर्जा \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) देखि \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) सम्म फरक हुन्छ। बीम स्प्लिटरबाट प्रतिबिम्बित लेजर बीमलाई एकैसाथ डेटा अधिग्रहणको लागि फोटोडियोडमा खुवाइन्छ, र दुई क्यालोरीमिटरहरू (\(1~\text {ms}\) भन्दा लामो प्रतिक्रिया समय भएका फोटोडियोडहरू) लक्ष्यमा हुने र प्रतिबिम्बित हुने घटना निर्धारण गर्न प्रयोग गरिन्छ, र दुई पावर मिटरहरू (छोटो भएका फोटोडियोडहरू) प्रयोग गरिन्छ। घटना र परावर्तित अप्टिकल पावर निर्धारण गर्न प्रतिक्रिया समय\(<१०~\text {ns}\))। थर्मोपाइल डिटेक्टर Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 र नमूना स्थानमा जडान गरिएको डाइइलेक्ट्रिक मिरर प्रयोग गरेर निरपेक्ष एकाइहरूमा मान दिन क्यालिब्रेट गरिएको क्यालिब्रेट गरिएको थियो। लेन्स (\(१.०६ \upmu \text {m}\ मा एन्टीरिफ्लेक्शन कोटिंग), फोकल लम्बाइ \(१६०~\text {mm}\)) र लक्षित सतहमा बीम कम्मर ६०– \(१००~\upmu\text {m}\) प्रयोग गरेर बीमलाई लक्ष्यमा फोकस गर्नुहोस्।
प्रयोगात्मक सेटअपको कार्यात्मक योजनाबद्ध रेखाचित्र: १—लेजर; २—लेजर बीम; ३—तटस्थ घनत्व फिल्टर; ४—सिंक्रोनाइज्ड फोटोडायोड; ५—बीम स्प्लिटर; ६—डायाफ्राम; ७—घटना बीमको क्यालोरीमिटर; ८—प्रतिबिम्बित बीमको क्यालोरीमिटर; ९—घटना बीम पावर मिटर; १०—प्रतिबिम्बित बीम पावर मिटर; ११—फोकस गर्ने लेन्स; १२—ऐना; १३—नमूना; १४—ब्रोडब्यान्ड पिजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसर; १५—२डी कन्भर्टर; १६—पोजिसनिङ माइक्रोकन्ट्रोलर; १७—सिंक्रोनाइजेसन युनिट; १८—विभिन्न नमूना दरहरू भएको बहु-च्यानल डिजिटल अधिग्रहण प्रणाली; १९—व्यक्तिगत कम्प्युटर।
अल्ट्रासोनिक उपचार निम्नानुसार गरिन्छ। लेजर फ्री-रनिङ मोडमा सञ्चालन हुन्छ; त्यसैले लेजर पल्सको अवधि \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) हुन्छ, जसमा लगभग \(1.5~\upmu \text {s } \) प्रत्येकको धेरै अवधिहरू हुन्छन्। लेजर पल्सको अस्थायी आकार र यसको स्पेक्ट्रममा कम-फ्रिक्वेन्सी खाम र उच्च-फ्रिक्वेन्सी मोड्युलेसन हुन्छ, जसको औसत आवृत्ति लगभग \(0.7~\text {MHz}\) हुन्छ, जुन चित्र २ मा देखाइएको छ।- फ्रिक्वेन्सी खामले सामग्रीको ताप र त्यसपछिको पग्लने र वाष्पीकरण प्रदान गर्दछ, जबकि उच्च आवृत्ति घटकले फोटोअकौस्टिक प्रभावको कारणले अल्ट्रासोनिक कम्पनहरू प्रदान गर्दछ। लेजरद्वारा उत्पन्न अल्ट्रासोनिक पल्सको तरंगरूप मुख्यतया लेजर पल्स तीव्रताको समय आकारद्वारा निर्धारण गरिन्छ। यो \(7~\text {kHz}\) देखि \ (2~\text {MHz}\) सम्म छ, र केन्द्र आवृत्ति \(~ 0.7~\text {MHz}\) छ। फोटोअकौस्टिक प्रभावको कारणले हुने ध्वनिक पल्सहरू पोलिभिनिलिडेन फ्लोराइड फिल्महरूबाट बनेको ब्रॉडब्यान्ड पिजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसरहरू प्रयोग गरेर रेकर्ड गरिएको थियो। रेकर्ड गरिएको तरंगरूप र यसको स्पेक्ट्रम चित्र २ मा देखाइएको छ। यो ध्यान दिनुपर्छ कि लेजर पल्सको आकार फ्री-रनिङ मोड लेजरको विशिष्ट हो।
नमूनाको पछाडिको सतहमा लेजर पल्स तीव्रता (a) र ध्वनिको गतिको अस्थायी वितरण (b), लेजर पल्सको स्पेक्ट्रा (c) र अल्ट्रासोनिक पल्स (d) ले एकल लेजर पल्स (नीलो वक्र) को लागि औसतमा ३०० भन्दा बढी लेजर पल्स (रातो वक्र) गर्यो।
हामी लेजर पल्सको कम-फ्रिक्वेन्सी खाम र उच्च-फ्रिक्वेन्सी मोड्युलेसनसँग मिल्दोजुल्दो ध्वनिक उपचारको कम-फ्रिक्वेन्सी र उच्च-फ्रिक्वेन्सी कम्पोनेन्टहरू स्पष्ट रूपमा छुट्याउन सक्छौं। लेजर पल्स खामबाट उत्पन्न हुने ध्वनिक तरंगहरूको तरंगदैर्ध्य \(40~\text {cm}\) भन्दा बढी हुन्छ; त्यसैले, माइक्रोस्ट्रक्चरमा ध्वनिक संकेतको ब्रॉडब्यान्ड उच्च-फ्रिक्वेन्सी कम्पोनेन्टहरूको मुख्य प्रभाव अपेक्षित छ।
SLM मा भौतिक प्रक्रियाहरू जटिल हुन्छन् र विभिन्न स्थानिय र अस्थायी स्केलहरूमा एकैसाथ हुन्छन्। त्यसकारण, SLM को सैद्धान्तिक विश्लेषणको लागि बहु-स्केल विधिहरू सबैभन्दा उपयुक्त छन्। गणितीय मोडेलहरू सुरुमा बहु-भौतिक हुनुपर्छ। निष्क्रिय ग्यास वायुमण्डलसँग अन्तर्क्रिया गर्ने बहु-चरण माध्यम "ठोस-तरल पग्लने" को मेकानिक्स र थर्मोफिजिक्सलाई प्रभावकारी रूपमा वर्णन गर्न सकिन्छ। SLM मा सामग्री थर्मल भारका विशेषताहरू निम्नानुसार छन्।
\(१०^६~\text {K}/\text {s}\) /\text{ सम्म ताप र शीतलन दरहरू \(१०^६~\text {K}/\text {s}\) /\text{ सम्मको स्थानीयकृत लेजर विकिरणको कारणले गर्दा पावर घनत्व \(१०^१३}~\text {W} cm}^२\) सम्म हुन्छ।
पग्लने-ठोसीकरण चक्र १ र \(१०~\text {ms}\) को बीचमा रहन्छ, जसले चिसो हुने समयमा पग्लने क्षेत्रको द्रुत ठोसीकरणमा योगदान पुर्‍याउँछ।
नमूना सतहको द्रुत तापले सतह तहमा उच्च थर्मोइलास्टिक तनावको गठन गर्दछ। पाउडर तहको पर्याप्त (२०% सम्म) भाग बलियो रूपमा वाष्पीकरण हुन्छ63, जसले लेजर एब्लेशनको प्रतिक्रियामा सतहमा अतिरिक्त दबाब भार निम्त्याउँछ। फलस्वरूप, प्रेरित तनावले भाग ज्यामितिलाई उल्लेखनीय रूपमा विकृत गर्दछ, विशेष गरी समर्थनहरू र पातलो संरचनात्मक तत्वहरू नजिक। स्पंदित लेजर एनिलिङमा उच्च ताप दरले सतहबाट सब्सट्रेटमा फैलिने अल्ट्रासोनिक तनाव तरंगहरूको उत्पादनमा परिणाम दिन्छ। स्थानीय तनाव र तनाव वितरणमा सही मात्रात्मक डेटा प्राप्त गर्न, ताप र द्रव्यमान स्थानान्तरणमा संयुग्मित लोचदार विकृति समस्याको मेसोस्कोपिक सिमुलेशन गरिन्छ।
मोडेलको शासित समीकरणहरूमा (१) अस्थिर ताप स्थानान्तरण समीकरणहरू समावेश छन् जहाँ थर्मल चालकता चरण अवस्था (पाउडर, पग्लिएको, पोलिक्रिस्टलाइन) र तापक्रममा निर्भर गर्दछ, (२) निरन्तर पृथकीकरण र थर्मोइलास्टिक विस्तार समीकरण पछि लोचदार विकृतिमा उतारचढाव। सीमा मान समस्या प्रयोगात्मक अवस्थाहरूद्वारा निर्धारण गरिन्छ। मोड्युलेटेड लेजर फ्लक्स नमूना सतहमा परिभाषित गरिएको छ। कन्भेक्टिभ कूलिंगमा प्रवाहकीय ताप विनिमय र वाष्पीकरण प्रवाह समावेश छ। बाष्पीकरण सामग्रीको संतृप्त वाष्प चापको गणनाको आधारमा द्रव्यमान प्रवाह परिभाषित गरिएको छ। इलास्टोप्लास्टिक तनाव-तनाव सम्बन्ध प्रयोग गरिन्छ जहाँ थर्मोइलास्टिक तनाव तापमान भिन्नताको समानुपातिक हुन्छ। नाममात्र शक्ति \(३००~\टेक्स्ट {W}\), आवृत्ति \(१०^५~\टेक्स्ट {Hz}\), अन्तरिम गुणांक १०० र प्रभावकारी बीम व्यासको \(२००~\upmu \टेक्स्ट {m}\) को लागि।
चित्र ३ ले म्याक्रोस्कोपिक गणितीय मोडेल प्रयोग गरेर पग्लिएको क्षेत्रको संख्यात्मक सिमुलेशनको नतिजा देखाउँछ। फ्युजन क्षेत्रको व्यास \(२००~\upmu \text {m}\) (\(१००~\upmu \text { m}\) त्रिज्या) र \(४०~\upmu \text {m}\) गहिराइ हो। सिमुलेशन परिणामहरूले देखाउँछन् कि पल्स मोड्युलेसनको उच्च अन्तरिम कारकको कारणले गर्दा सतहको तापक्रम समयसँगै स्थानीय रूपमा \(१००~\text {K}\) मा भिन्न हुन्छ। ताप \(V_h\) र शीतलन \(V_c\) दरहरू क्रमशः \(१०^७\) र \(१०^६~\text {K}/\text {s}\) को क्रममा छन्। यी मानहरू हाम्रो अघिल्लो विश्लेषणसँग राम्रोसँग सहमत छन्। \(V_h\) र \(V_c\) बीचको परिमाण भिन्नताको क्रमले सतह तहको द्रुत तातोपानीमा परिणाम दिन्छ, जहाँ सब्सट्रेटमा थर्मल चालन ताप हटाउन अपर्याप्त हुन्छ। त्यसकारण, मा \(t=26~\upmu \text {s}\) सतहको तापक्रम \(4800~\text {K}\) सम्म पुग्छ। सामग्रीको तीव्र वाष्पीकरणले नमूना सतहलाई अत्यधिक दबाबमा पार्न सक्छ र बोक्रा फुट्न सक्छ।
३१६L नमुना प्लेटमा एकल लेजर पल्स एनिलिङको पग्लने क्षेत्रको संख्यात्मक सिमुलेशन परिणामहरू। पल्सको सुरुवातदेखि पग्लिएको पोखरीको गहिराइसम्मको समय अधिकतम मानमा पुग्ने समय \(१८०~\upmu\text {s}\) हो। आइसोथर्म\(T = T_L = १७२३~\text {K}\) ले तरल र ठोस चरणहरू बीचको सीमालाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। आइसोबारहरू (पहेंलो रेखाहरू) अर्को खण्डमा तापक्रमको प्रकार्यको रूपमा गणना गरिएको उपज तनावसँग मेल खान्छ। त्यसकारण, दुई आइसोलाइनहरू (आइसोथर्महरू\(T=T_L\) र आइसोबारहरू\(\सिग्मा =\सिग्मा _V(T)\)) बीचको डोमेनमा, ठोस चरण बलियो मेकानिकल भारको अधीनमा हुन्छ, जसले माइक्रोस्ट्रक्चरमा परिवर्तन ल्याउन सक्छ।
यो प्रभावलाई चित्र ४a मा थप व्याख्या गरिएको छ, जहाँ पग्लिएको क्षेत्रमा दबाब स्तरलाई सतहबाट समय र दूरीको कार्यको रूपमा प्लट गरिएको छ। पहिलो, दबाब व्यवहार माथिको चित्र २ मा वर्णन गरिएको लेजर पल्स तीव्रताको मोड्युलेसनसँग सम्बन्धित छ। लगभग \(t=26~\upmu मा लगभग \(10~\text {MPa}\) को अधिकतम दबाब \text{s}\) अवलोकन गरिएको थियो। दोस्रो, नियन्त्रण बिन्दुमा स्थानीय दबाबको उतारचढाव \(500~\text {kHz}\ को आवृत्ति जस्तै दोलन विशेषताहरू छन्। यसको मतलब अल्ट्रासोनिक दबाब तरंगहरू सतहमा उत्पन्न हुन्छन् र त्यसपछि सब्सट्रेटमा फैलिन्छन्।
पग्लने क्षेत्र नजिकैको विकृति क्षेत्रको गणना गरिएका विशेषताहरू चित्र ४ख मा देखाइएको छ। लेजर एब्लेसन र थर्मोइलास्टिक तनावले सब्सट्रेटमा फैलिने लोचदार विकृति तरंगहरू उत्पन्न गर्दछ। चित्रबाट देख्न सकिन्छ, तनाव उत्पादनका दुई चरणहरू छन्। \(t < 40~\upmu \text {s}\ को पहिलो चरणको समयमा, माइसेस तनाव सतहको चाप जस्तै मोड्युलेसनको साथ \(8~\text {MPa}\) मा बढ्छ। यो तनाव लेजर एब्लेसनको कारणले हुन्छ, र नियन्त्रण बिन्दुहरूमा कुनै थर्मोइलास्टिक तनाव अवलोकन गरिएको थिएन किनभने प्रारम्भिक ताप-प्रभावित क्षेत्र धेरै सानो थियो। जब ताप सब्सट्रेटमा फैलिन्छ, नियन्त्रण बिन्दुले \(40~\text {MPa}\) माथि उच्च थर्मोइलास्टिक तनाव उत्पन्न गर्दछ।
प्राप्त परिमार्जित तनाव स्तरहरूले ठोस-तरल इन्टरफेसमा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्छ र ठोसीकरण मार्गलाई नियन्त्रण गर्ने नियन्त्रण संयन्त्र हुन सक्छ। विरूपण क्षेत्रको आकार पग्लने क्षेत्रको भन्दा २ देखि ३ गुणा ठूलो छ। चित्र ३ मा देखाइए अनुसार, पग्लने आइसोथर्मको स्थान र उपज तनाव बराबर तनाव स्तर तुलना गरिएको छ। यसको मतलब स्पंदित लेजर विकिरणले तात्कालिक समयको आधारमा ३०० र \(८००~\upmu \text {m}\) बीचको प्रभावकारी व्यास भएका स्थानीयकृत क्षेत्रहरूमा उच्च मेकानिकल भार प्रदान गर्दछ।
त्यसकारण, पल्स्ड लेजर एनिलिङको जटिल मोड्युलेसनले अल्ट्रासोनिक प्रभाव निम्त्याउँछ। अल्ट्रासोनिक लोडिङ बिना SLM सँग तुलना गर्दा माइक्रोस्ट्रक्चर चयन मार्ग फरक हुन्छ। विकृत अस्थिर क्षेत्रहरूले ठोस चरणमा कम्प्रेसन र स्ट्रेचिङको आवधिक चक्र निम्त्याउँछ। यसरी, नयाँ अन्न सीमा र उपग्रेन सीमाहरूको गठन सम्भव हुन्छ। त्यसकारण, तल देखाइए अनुसार, माइक्रोस्ट्रक्चरल गुणहरू जानाजानी परिवर्तन गर्न सकिन्छ। प्राप्त निष्कर्षहरूले पल्स मोड्युलेसन-प्रेरित अल्ट्रासाउन्ड-संचालित SLM प्रोटोटाइप डिजाइन गर्ने सम्भावना प्रदान गर्दछ। यस अवस्थामा, अन्यत्र प्रयोग गरिएको पाइजोइलेक्ट्रिक इन्डक्टर 26 लाई बहिष्कार गर्न सकिन्छ।
(a) समयको प्रकार्यको रूपमा चाप, सममितिको अक्षको साथ सतह ०, २० र \(४०~\upmu \text {m}\) बाट फरक दूरीमा गणना गरिन्छ। (b) नमूना सतहबाट ७०, १२० र \(१७०~\upmu \text {m}\) दूरीमा ठोस म्याट्रिक्समा गणना गरिएको समय-निर्भर भोन मिसेस तनाव।
AISI 321H स्टेनलेस स्टील प्लेटहरूमा आयामहरू \(20\times 20\times 5~\text {mm}\) भएका प्रयोगहरू गरिएका थिए। प्रत्येक लेजर पल्स पछि, प्लेट \(50~\upmu \text {m}\) सर्छ, र लक्षित सतहमा लेजर बीम कम्मर लगभग \(100~\upmu \text {m}\) हुन्छ। अन्न परिष्करणको लागि प्रशोधित सामग्रीको रिमेलिङलाई प्रेरित गर्न एउटै ट्र्याकमा पाँचवटा पछिल्ला बीम पासहरू गरिन्छ। सबै अवस्थामा, लेजर विकिरणको दोलन घटकमा निर्भर गर्दै रिमेल गरिएको क्षेत्रलाई सोनिकेट गरिएको थियो। यसले औसत अन्न क्षेत्रमा ५ गुणा भन्दा बढी कमी ल्याउँछ। चित्र ५ ले लेजर-पग्लिएको क्षेत्रको माइक्रोस्ट्रक्चर कसरी पछिल्ला रिमेलिङ चक्रहरू (पासहरू) को संख्यासँग परिवर्तन हुन्छ भनेर देखाउँछ।
उपप्लटहरू (a,d,g,j) र (b,e,h,k) - लेजर पग्लिएका क्षेत्रहरूको सूक्ष्म संरचना, उपप्लटहरू (c,f,i,l) - रंगीन अन्नहरूको क्षेत्र वितरण। छायांकनले हिस्टोग्राम गणना गर्न प्रयोग गरिने कणहरूलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। रंगहरू अन्न क्षेत्रहरूसँग मेल खान्छ (हिस्टोग्रामको शीर्षमा रङ पट्टी हेर्नुहोस्। उपप्लटहरू (ac) उपचार नगरिएको स्टेनलेस स्टीलसँग मेल खान्छ, र उपप्लटहरू (df), (gi), (jl) 1, 3 र 5 रिमेलहरूसँग मेल खान्छ।
लेजर पल्स ऊर्जा पछिल्ला पासहरू बीच परिवर्तन नहुने भएकोले, पग्लिएको क्षेत्रको गहिराई उस्तै हुन्छ। यसरी, पछिल्ला च्यानलले अघिल्लोलाई पूर्ण रूपमा "ढाक्छ"। यद्यपि, हिस्टोग्रामले देखाउँछ कि पासहरूको संख्या बढ्दै जाँदा औसत र मध्य अन्न क्षेत्र घट्छ। यसले लेजरले पग्लनुको सट्टा सब्सट्रेटमा काम गरिरहेको संकेत गर्न सक्छ।
पग्लिएको पोखरीको द्रुत चिसोपनको कारणले अन्नको परिष्करण हुन सक्छ65। प्रयोगहरूको अर्को सेट गरिएको थियो जसमा स्टेनलेस स्टील प्लेटहरू (321H र 316L) को सतहहरू वायुमण्डलमा निरन्तर तरंग लेजर विकिरणको सम्पर्कमा आएका थिए (चित्र 6) र भ्याकुम (चित्र 7)। औसत लेजर पावर (क्रमशः 300 W र 100 W) र पग्लिएको पोखरीको गहिराई Nd:YAG लेजरको फ्री-रनिङ मोडमा प्रयोगात्मक नतिजाहरूको नजिक छ। यद्यपि, एक विशिष्ट स्तम्भ संरचना अवलोकन गरिएको थियो।
निरन्तर तरंग लेजरको लेजर-पग्लिएको क्षेत्रको सूक्ष्म संरचना (३०० वाट स्थिर शक्ति, २०० मिमी/सेकेन्ड स्क्यान गति, AISI ३२१H स्टेनलेस स्टील)।
(क) माइक्रोस्ट्रक्चर र (ख) निरन्तर तरंग लेजर (१०० वाट स्थिर शक्ति, २०० मिमी/सेकेन्ड स्क्यान गति, AISI ३१६L स्टेनलेस स्टील) को साथ भ्याकुममा लेजर-पग्लिएको क्षेत्रको इलेक्ट्रोन ब्याकस्क्याटर विवर्तन छविहरू। \ (\sim 2~\text {mbar}\)।
त्यसकारण, यो स्पष्ट रूपमा देखाइएको छ कि लेजर पल्स तीव्रताको जटिल मोड्युलेसनले परिणामस्वरूप सूक्ष्म संरचनामा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्छ। हामी विश्वास गर्छौं कि यो प्रभाव यान्त्रिक प्रकृतिमा छ र नमूनाको गहिरोमा पग्लिएको विकिरणित सतहबाट प्रसारित अल्ट्रासोनिक कम्पनहरूको उत्पादनको कारणले हुन्छ। Ti-6Al-4V मिश्र धातु 26 र स्टेनलेस स्टील 34 सहित विभिन्न सामग्रीहरूमा उच्च-तीव्रता अल्ट्रासाउन्ड प्रदान गर्ने बाह्य पिजोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसरहरू र सोनोट्रोडहरू प्रयोग गरेर समान परिणामहरू 13, 26, 34, 66, 67 मा प्राप्त गरिएको थियो। सम्भावित संयन्त्र निम्नानुसार अनुमान गरिएको छ। तीव्र अल्ट्रासाउन्डले ध्वनिक गुहा निम्त्याउन सक्छ, जस्तै अल्ट्राफास्ट इन सिटु सिंक्रोट्रोन एक्स-रे इमेजिङमा प्रदर्शन गरिएको छ। गुहा बुलबुलाहरूको पतनले पग्लिएको सामग्रीमा झटका तरंगहरू उत्पन्न गर्दछ, जसको अगाडिको दबाब लगभग \(100~\text {MPa}\)69 सम्म पुग्छ। यस्ता झटका तरंगहरू बल्क तरल पदार्थहरूमा क्रिटिकल-साइज ठोस-चरण केन्द्रकको गठनलाई बढावा दिन पर्याप्त बलियो हुन सक्छन्, जसले विशिष्ट स्तम्भकार अन्न संरचनालाई बाधा पुर्‍याउँछ। तह-दर-तह योजक निर्माणको।
यहाँ, हामी तीव्र ध्वनिकरणद्वारा संरचनात्मक परिमार्जनको लागि जिम्मेवार अर्को संयन्त्र प्रस्ताव गर्छौं। ठोसीकरण पछि तुरुन्तै, सामग्री पग्लने बिन्दुको नजिक उच्च तापक्रममा हुन्छ र अत्यन्तै कम उपज तनाव हुन्छ। तीव्र अल्ट्रासोनिक तरंगहरूले तातो, भर्खरै ठोस गरिएको सामग्रीको अन्न संरचना परिवर्तन गर्न प्लास्टिक प्रवाह निम्त्याउन सक्छ। यद्यपि, उपज तनावको तापक्रम निर्भरतामा भरपर्दो प्रयोगात्मक डेटा \(T\lesssim 1150~\text {K}\) मा उपलब्ध छ (चित्र 8 हेर्नुहोस्)। त्यसकारण, यो परिकल्पना परीक्षण गर्न, हामीले पग्लने बिन्दु नजिकै उपज तनाव व्यवहारको मूल्याङ्कन गर्न AISI 316 L स्टील जस्तै Fe-Cr-Ni संरचनाको आणविक गतिशीलता (MD) सिमुलेशनहरू प्रदर्शन गर्यौं। उपज तनाव गणना गर्न, हामीले 70, 71, 72, 73 मा विस्तृत MD शियर तनाव विश्राम प्रविधि प्रयोग गर्यौं। अन्तरपरमाणविक अन्तरक्रिया गणनाको लागि, हामीले 74 बाट एम्बेडेड एटोमिक मोडेल (EAM) प्रयोग गर्यौं। LAMMPS कोड 75,76 प्रयोग गरेर MD सिमुलेशनहरू प्रदर्शन गरिएको थियो। MD सिमुलेशनहरूको विवरण प्रकाशित गरिनेछ। अन्यत्र। तापक्रमको प्रकार्यको रूपमा उपज तनावको MD गणना परिणामहरू उपलब्ध प्रयोगात्मक डेटा र अन्य मूल्याङ्कनहरू 77,78,79,80,81,82 सँग चित्र 8 मा देखाइएको छ।
AISI ग्रेड ३१६ अस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलको लागि उपज तनाव र MD सिमुलेशनको लागि तापमान बनाम मोडेल संरचना। सन्दर्भहरूबाट प्रयोगात्मक मापन: (a) ७७, (b) ७८, (c) ७९, (d) ८०, (e) ८१. सन्दर्भ गर्नुहोस्।(f)८२ लेजर-सहायता प्राप्त एडिटिभ निर्माणको क्रममा इन-लाइन तनाव मापनको लागि उपज तनाव-तापमान निर्भरताको एक अनुभवजन्य मोडेल हो। यस अध्ययनमा ठूलो मात्रामा MD सिमुलेशनको नतिजालाई दोष-रहित अनन्त एकल क्रिस्टलको लागि \(\vartriangleft\) र Hall-Petch सम्बन्ध आयामहरू मार्फत औसत अन्न आकारलाई ध्यानमा राख्दै सीमित अन्नहरूको लागि \(\vartriangleright\) को रूपमा जनाइएको छ। आयामहरू\(d = ५०~\upmu \text {m}\)।
यो देख्न सकिन्छ कि \(T>१५००~\text {K}\) मा उपज तनाव \(४०~\text {MPa}\ भन्दा तल झर्छ। अर्कोतर्फ, अनुमानहरूले लेजर-उत्पन्न अल्ट्रासोनिक आयाम \(४०~\text {MPa}\) भन्दा बढी भएको अनुमान गर्दछ (चित्र ४b हेर्नुहोस्), जुन भर्खरै ठोस गरिएको तातो पदार्थमा प्लास्टिक प्रवाह प्रेरित गर्न पर्याप्त छ।
SLM को समयमा 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) अस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलको माइक्रोस्ट्रक्चर गठनलाई जटिल तीव्रता-मड्युलेटेड पल्स्ड लेजर स्रोत प्रयोग गरेर प्रयोगात्मक रूपमा अनुसन्धान गरिएको थियो।
१, ३ वा ५ पास पछि निरन्तर लेजर रिमेल्टिङ्को कारणले लेजर पग्लने क्षेत्रमा अन्नको आकारमा कमी आएको पाइयो।
म्याक्रोस्कोपिक मोडेलिङले देखाउँछ कि अल्ट्रासोनिक विकृतिले ठोसीकरण अगाडिलाई सकारात्मक रूपमा असर गर्न सक्ने क्षेत्रको अनुमानित आकार \(1~\text {mm}\) सम्म छ।
माइक्रोस्कोपिक MD मोडेलले देखाउँछ कि AISI 316 अस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलको उपज शक्ति पग्लने बिन्दु नजिक \(40~\text {MPa}\) मा उल्लेखनीय रूपमा घटाइएको छ।
प्राप्त नतिजाहरूले जटिल मोड्युलेटेड लेजर प्रशोधन प्रयोग गरेर सामग्रीको माइक्रोस्ट्रक्चर नियन्त्रण गर्ने विधि सुझाव दिन्छ र स्पंदित SLM प्रविधिको नयाँ परिमार्जनहरू सिर्जना गर्ने आधारको रूपमा काम गर्न सक्छ।
लिउ, वाई. एट अल। लेजर चयनात्मक पग्लने द्वारा इन सिटु TiB2/AlSi10Mg कम्पोजिटहरूको सूक्ष्म संरचनात्मक विकास र यान्त्रिक गुणहरू [J].J. Alloys.compound.853, 157287। https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (२०२१)।
गाओ, एस. एट अल। ३१६L स्टेनलेस स्टीलको लेजर चयनात्मक पग्लनको पुन: क्रिस्टलाइजेसन ग्रेन बाउन्ड्री इन्जिनियरिङ [J]। जर्नल अफ अल्मा मेटर।२००, ३६६–३७७।https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (२०२०)।
चेन, एक्स. र किउ, सी. लेजर-पग्लिएको टाइटेनियम मिश्र धातुहरूको लेजर पुन: तताएर बढाइएको लचकतासहित स्यान्डविच माइक्रोस्ट्रक्चरहरूको इन सिटू विकास। विज्ञान। प्रतिनिधि १०, १५८७०। https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (२०२०)।
अजर्निया, ए. एट अल। लेजर मेटल डिपोजिसन (LMD) द्वारा Ti-6Al-4V भागहरूको थप निर्माण: प्रक्रिया, माइक्रोस्ट्रक्चर र मेकानिकल गुणहरू। जे. मिश्र धातु.कम्पाउन्ड.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019)।
कुमारा, सी. एट अल। मिश्र धातु ७१८ को लेजर धातु पाउडर निर्देशित ऊर्जा निक्षेपणको माइक्रोस्ट्रक्चरल मोडेलिङ। थप्नुहोस्.manufacture.25, 357–364। https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (२०१९)।
बुसे, एम. एट अल। लेजर शक द्वारा उपचार गरिएको अतिरिक्त रूपमा निर्मित नमूनाहरूको प्यारामेट्रिक न्यूट्रोन ब्राग एज इमेजिङ अध्ययन Peening.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (२०२१)।
ट्यान, एक्स. एट अल। इलेक्ट्रोन बीम पग्लने द्वारा थप रूपमा निर्मित Ti-6Al-4V को ग्रेडियन्ट माइक्रोस्ट्रक्चर र मेकानिकल गुणहरू। अल्मा मेटर जर्नल.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015)।