Nature.com تي اچڻ لاءِ مهرباني. توهان جيڪو برائوزر ورجن استعمال ڪري رهيا آهيو ان ۾ CSS لاءِ محدود سپورٽ آهي. بهترين تجربي لاءِ، اسان سفارش ڪريون ٿا ته توهان هڪ اپڊيٽ ٿيل برائوزر استعمال ڪريو (يا انٽرنيٽ ايڪسپلورر ۾ مطابقت واري موڊ کي بند ڪريو). ساڳئي وقت، مسلسل سپورٽ کي يقيني بڻائڻ لاءِ، اسان سائيٽ کي اسٽائلنگ ۽ جاوا اسڪرپٽ کان سواءِ ڏيکارينداسين.
پيداوار جي عمل ۾ شين جي مائڪرو اسٽرڪچر کي ڪنٽرول ڪرڻ لاءِ چونڊيل ليزر پگھلڻ تي ٻڌل هڪ نئون طريقو تجويز ڪيو ويو آهي. اهو طريقو پيچيده شدت-ماڊيول ٿيل ليزر شعاع ذريعي پگھليل تلاءَ ۾ تيز شدت واري الٽراسونڪ لهرن جي پيداوار تي ڀاڙي ٿو. تجرباتي مطالعي ۽ عددي نقلن مان ظاهر ٿئي ٿو ته هي ڪنٽرول طريقو ٽيڪنيڪل طور تي ممڪن آهي ۽ جديد چونڊيل ليزر پگھلڻ واري مشينن جي ڊيزائن ۾ مؤثر طريقي سان ضم ٿي سگهي ٿو.
پيچيده شڪل وارن حصن جي اضافي پيداوار (AM) تازن ڏهاڪن ۾ خاص طور تي وڌي وئي آهي. جڏهن ته، اضافي پيداوار جي عملن جي مختلف قسمن جي باوجود، جن ۾ چونڊيل ليزر پگھلڻ (SLM) 1,2,3، سڌو ليزر ڌاتو جمع 4,5,6، اليڪٽران بيم پگھلڻ 7,8 ۽ ٻيا 9,10 شامل آهن، پرزا خراب ٿي سگهن ٿا. اهو بنيادي طور تي پگھليل پول جي مضبوط ڪرڻ جي عمل جي مخصوص خاصيتن جي ڪري آهي جيڪو اعلي حرارتي گريڊينٽس، اعلي ٿڌي شرح، ۽ پگھلڻ ۽ ٻيهر پگھلڻ واري مواد ۾ حرارتي چڪر جي پيچيدگي سان لاڳاپيل آهي 11، جيڪو ايپيٽڪسيل اناج جي واڌ ۽ اهم پورسيٽي 12,13 جو سبب بڻجندو آهي. نتيجا ڏيکارين ٿا ته، حرارتي گريڊينٽس، ٿڌي شرح، ۽ مصر جي جوڙجڪ کي ڪنٽرول ڪرڻ ضروري آهي، يا مختلف ملڪيتن جي ٻاهرين شعبن (مثال طور، الٽراسائونڊ) ذريعي اضافي جسماني جھٽڪا لاڳو ڪرڻ ضروري آهي ته جيئن نفيس برابر اناج جي جوڙجڪ حاصل ڪري سگهجي.
ڪيتريون ئي اشاعتون روايتي ڪاسٽنگ عملن ۾ مضبوط ڪرڻ جي عمل تي وائبريشن علاج جي اثر سان لاڳاپيل آهن 14,15. جڏهن ته، بلڪ ميلٽس تي هڪ خارجي فيلڊ لاڳو ڪرڻ سان گهربل مواد مائڪرو اسٽرڪچر پيدا نه ٿيندو آهي. جيڪڏهن مائع مرحلي جو حجم ننڍو آهي، ته صورتحال ڊرامائي طور تي تبديل ٿي ويندي آهي. هن صورت ۾، خارجي فيلڊ مضبوط ڪرڻ جي عمل کي خاص طور تي متاثر ڪري ٿو. شديد صوتي شعبن دوران برقي مقناطيسي اثرات تي غور ڪيو ويو آهي 16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27، آرڪ اسٽيرنگ 28 ۽ اوسيليشن 29، نبض ٿيل پلازما آرڪس 30,31 ۽ ٻيا طريقا 32. هڪ خارجي تيز شدت واري الٽراسائونڊ ذريعو (20 kHz تي) استعمال ڪندي سبسٽريٽ سان ڳنڍيو. الٽراسائونڊ-حوصلہ افزائي اناج جي ريفائنمينٽ کي وڌايل ڪمپوزيشنل سب کولنگ زون سان منسوب ڪيو ويو آهي ڇاڪاڻ ته گهٽ درجه حرارت جي گريڊينٽ ۽ الٽراسائونڊ وڌائڻ جي ڪري ڪيويٽيشن ذريعي نوان ڪرسٽلائٽ پيدا ڪرڻ لاءِ.
هن ڪم ۾، اسان پگھلندڙ ليزر پاران پيدا ٿيندڙ آواز جي لهرن سان پگھليل تلاءَ کي سونيڪٽ ڪندي آسٽينيٽڪ اسٽينلیس اسٽيل جي اناج جي جوڙجڪ کي تبديل ڪرڻ جي امڪان جي جاچ ڪئي. روشني جذب ڪندڙ وچولي تي ليزر تابڪاري جي واقعي جي شدت جي ماڊليشن الٽراسونڪ لهرن جي پيداوار ۾ نتيجو ڏئي ٿي، جيڪا مواد جي مائڪرو اسٽرڪچر کي تبديل ڪري ٿي. ليزر تابڪاري جي هن شدت جي ماڊليشن کي آساني سان موجوده SLM 3D پرنٽرن ۾ ضم ڪري سگهجي ٿو. هن ڪم ۾ تجربا اسٽينلیس اسٽيل پليٽن تي ڪيا ويا جن جي مٿاڇري شدت-ماڊيول ٿيل ليزر تابڪاري جي سامهون هئي. تنهن ڪري، ٽيڪنيڪل طور تي، ليزر مٿاڇري جو علاج ڪيو ويندو آهي. بهرحال، جيڪڏهن اهڙي ليزر علاج هر پرت جي مٿاڇري تي ڪيو ويندو آهي، پرت-ب-پرت جي تعمير دوران، پوري حجم تي يا حجم جي چونڊيل حصن تي اثر حاصل ڪيا ويندا آهن. ٻين لفظن ۾، جيڪڏهن حصو پرت-ب-پرت ٺاهيو ويو آهي، ته هر پرت جي ليزر مٿاڇري جو علاج "ليزر حجم علاج" جي برابر آهي.
جڏهن ته الٽراسونڪ هارن تي ٻڌل الٽراسونڪ ٿراپي ۾، بيٺل آواز جي لهر جي الٽراسونڪ توانائي سڄي جزو ۾ ورهائجي ويندي آهي، جڏهن ته ليزر-حوصلہ افزائي الٽراسونڪ شدت ان نقطي جي ويجهو تمام گهڻي مرڪوز هوندي آهي جتي ليزر تابڪاري جذب ٿيندي آهي. SLM پائوڊر بيڊ فيوزن مشين ۾ سونوٽروڊ استعمال ڪرڻ پيچيده آهي ڇاڪاڻ ته ليزر تابڪاري جي سامهون ايندڙ پائوڊر بيڊ جي مٿئين سطح کي بيهي رهڻ گهرجي. ان کان علاوه، حصي جي مٿئين سطح تي ڪو به ميڪيڪل دٻاءُ نه هوندو آهي. تنهن ڪري، صوتي دٻاءُ صفر جي ويجهو هوندو آهي ۽ حصي جي مٿئين مٿاڇري تي ذرڙن جي رفتار ۾ وڌ ۾ وڌ طول و عرض هوندو آهي. پوري پگھليل تلاءَ اندر آواز جو دٻاءُ ويلڊنگ هيڊ پاران پيدا ٿيندڙ وڌ ۾ وڌ دٻاءُ جي 0.1٪ کان وڌيڪ نه ٿي سگهي، ڇاڪاڻ ته اسٽينلیس اسٽيل ۾ 20 kHz جي فريڪوئنسي سان الٽراسونڪ لهرن جي موج جي ڊيگهه \(\sim 0.3~\text {m}\) آهي، ۽ کوٽائي عام طور تي \(\sim 0.3~\text {mm}\ کان گهٽ هوندي آهي. تنهن ڪري، الٽراسائونڊ جو ڪيويٽيشن تي اثر ننڍو ٿي سگهي ٿو.
اهو ياد رکڻ گهرجي ته سڌي ليزر ڌاتو جي جمع ۾ شدت-ماڊيول ٿيل ليزر تابڪاري جو استعمال تحقيق جو هڪ سرگرم علائقو آهي 35,36,37,38.
ليزر تابڪاري جي واقعن جو حرارتي اثر ميڊيم تي لڳ ڀڳ سڀني ليزر ٽيڪنڪ 39، 40 لاءِ بنياد آهي، مواد جي پروسيسنگ لاءِ، جهڙوڪ ڪٽڻ 41، ويلڊنگ، سخت ڪرڻ، ڊرلنگ 42، مٿاڇري جي صفائي، مٿاڇري کي الائي ڪرڻ، مٿاڇري کي پالش ڪرڻ 43، وغيره. ليزر جي ايجاد مواد جي پروسيسنگ ٽيڪنڪ ۾ نئين ترقي کي متحرڪ ڪيو، ۽ ابتدائي نتيجن کي ڪيترن ئي جائزي ۽ مونوگراف 44، 45، 46 ۾ خلاصو ڪيو ويو آهي.
اهو ياد رکڻ گهرجي ته ميڊيم تي ڪو به غير اسٽيشنري عمل، جنهن ۾ جذب ​​ڪندڙ ميڊيم تي ليسنگ ايڪشن شامل آهي، ان ۾ صوتي لهرن جي جوش کي گهٽ يا وڌيڪ ڪارڪردگي سان وڌائي ٿو. شروعات ۾، مکيه ڌيان مائع ۾ لهرن جي ليزر جوش ۽ آواز جي مختلف حرارتي جوش ميڪانيزم تي هو (حرارتي توسيع، بخارات، مرحلي جي منتقلي دوران حجم ۾ تبديلي، سڪڙڻ، وغيره) 47، 48، 49. ڪيترائي مونوگراف 50، 51، 52 هن عمل ۽ ان جي ممڪن عملي ايپليڪيشنن جا نظرياتي تجزيا مهيا ڪن ٿا.
انهن مسئلن تي بعد ۾ مختلف ڪانفرنسن ۾ بحث ڪيو ويو، ۽ الٽراسائونڊ جي ليزر ايڪسائيٽيشن کي ليزر ٽيڪنالاجي 53 ۽ دوائن 54 جي صنعتي ايپليڪيشنن ۾ استعمال ڪيو ويو آهي. تنهن ڪري، اهو سمجهي سگهجي ٿو ته عمل جو بنيادي تصور جنهن ذريعي نبض ٿيل ليزر روشني هڪ جذب ڪندڙ وچولي تي ڪم ڪري ٿي قائم ڪئي وئي آهي. ليزر الٽراسونڪ معائنو SLM-ٺاهيل نمونن 55,56 جي خرابي جي ڳولا لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي.
ليزر جي ذريعي پيدا ٿيندڙ جھٽڪي جي لهرن جو مواد تي اثر ليزر جھٽڪي جي ڇڪڻ جو بنياد آهي 57,58,59، جيڪو اضافي طور تي تيار ڪيل حصن جي مٿاڇري جي علاج لاءِ پڻ استعمال ڪيو ويندو آهي 60. جڏهن ته، ليزر جھٽڪي کي مضبوط ڪرڻ نانو سيڪنڊ ليزر دال ۽ ميڪانياتي طور تي لوڊ ٿيل سطحن تي تمام گهڻو اثرائتو آهي (مثال طور، مائع جي هڪ پرت سان) 59 ڇاڪاڻ ته ميڪانياتي لوڊنگ چوٽي جو دٻاءُ وڌائي ٿي.
مضبوط ٿيل مواد جي مائڪرو اسٽرڪچر تي مختلف جسماني شعبن جي ممڪن اثرن جي جاچ ڪرڻ لاءِ تجربا ڪيا ويا. تجرباتي سيٽ اپ جو فنڪشنل ڊاگرام شڪل 1 ۾ ڏيکاريو ويو آهي. هڪ پلسڊ Nd:YAG سولڊ اسٽيٽ ليزر جيڪو فري رننگ موڊ ۾ ڪم ڪري ٿو (پلس جو عرصو \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) استعمال ڪيو ويو. هر ليزر پلس کي غير جانبدار کثافت فلٽرن جي هڪ سيريز ۽ هڪ بيم اسپلٽر پليٽ سسٽم مان گذري ٿو. غير جانبدار کثافت فلٽرن جي ميلاپ تي منحصر ڪري، ٽارگيٽ تي نبض توانائي \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) کان \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) تائين مختلف آهي. بيم اسپلٽر مان عڪاسي ڪيل ليزر بيم کي هڪ ئي وقت ڊيٽا حاصل ڪرڻ لاءِ فوٽوڊيوڊ ڏانهن فيڊ ڪيو ويندو آهي، ۽ ٻه ڪيلوريميٽر (فوٽوڊيوڊز جن جو جواب وقت \(1~\text {ms}\) کان وڌيڪ ڊگهو آهي) ٽارگيٽ ڏانهن ۽ ان کان عڪاسي ٿيل واقعي کي طئي ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيا ويندا آهن، ۽ ٻه پاور ميٽر (فوٽوڊيوڊز سان مختصر جوابي وقت\(<10~\text {ns}\)) واقعن ۽ عڪاسي ٿيل آپٽيڪل پاور کي طئي ڪرڻ لاءِ. ڪيلوريميٽر ۽ پاور ميٽر کي ٿرموپائل ڊيٽيڪٽر Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 ۽ نموني جي جڳهه تي لڳل هڪ ڊائي اليڪٽرڪ آئيني استعمال ڪندي مطلق يونٽن ۾ قدر ڏيڻ لاءِ ڪيليبريٽ ڪيو ويو. لينس استعمال ڪندي بيم کي ٽارگيٽ تي فوڪس ڪريو (\(1.06 \upmu \text {m}\ تي اينٽي ريفلڪشن ڪوٽنگ، فوڪل ڊگھائي \(160~\text {mm}\)) ۽ ٽارگيٽ جي مٿاڇري تي هڪ بيم ڪمر 60– \(100~\upmu\text {m}\).
تجرباتي سيٽ اپ جو فنڪشنل اسڪيميٽڪ ڊاگرام: 1—ليزر؛ 2—ليزر بيم؛ 3—غير جانبدار کثافت فلٽر؛ 4—هم وقت فوٽوڊيوڊ؛ 5—بيم اسپلٽر؛ 6—ڊائيفرام؛ 7—واقعي بيم جو ڪيلوريميٽر؛ 8—عڪس ٿيل بيم جو ڪيلوريميٽر؛ 9—واقعي بيم پاور ميٽر؛ 10—عڪس ٿيل بيم پاور ميٽر؛ 11—فوڪسنگ لينس؛ 12—آئينو؛ 13—نمونو؛ 14—براڊبينڊ پيزو اليڪٽرڪ ٽرانسڊيوسر؛ 15—2D ڪنورٽر؛ 16—پوزيشننگ مائڪرو ڪنٽرولر؛ 17—هم وقت يونٽ؛ 18—مختلف نموني جي شرحن سان ملٽي چينل ڊجيٽل حصول سسٽم؛ 19—پرسنل ڪمپيوٽر.
الٽراسونڪ علاج هن ريت ڪيو ويندو آهي. ليزر فري رننگ موڊ ۾ ڪم ڪندو آهي؛ تنهن ڪري ليزر نبض جو عرصو \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) آهي، جنهن ۾ تقريبن \(1.5~\upmu \text {s } \) هر هڪ جي ڪيترن ئي مدتن تي مشتمل آهي. ليزر نبض جي عارضي شڪل ۽ ان جي اسپيڪٽرم ۾ گهٽ فريڪوئنسي لفافي ۽ هڪ اعليٰ فريڪوئنسي ماڊوليشن شامل آهي، جنهن جي سراسري فريڪوئنسي تقريباً \(0.7~\text {MHz}\) آهي، جيئن شڪل 2 ۾ ڏيکاريل آهي.- فريڪوئنسي لفافي مواد جي گرمي ۽ بعد ۾ پگھلڻ ۽ بخارات فراهم ڪري ٿي، جڏهن ته اعليٰ فريڪوئنسي جزو فوٽو ايڪوسٽڪ اثر جي ڪري الٽراسونڪ وائبريشن فراهم ڪري ٿو. ليزر پاران پيدا ٿيندڙ الٽراسونڪ نبض جي موج جو فارم بنيادي طور تي ليزر نبض جي شدت جي وقت جي شڪل سان طئي ڪيو ويندو آهي. اهو \(7~\text {kHz}\) کان \ (2~\text {MHz}\) تائين آهي، ۽ مرڪزي فريڪوئنسي \(~ 0.7~\text {MHz}\) آهي. فوٽو ايڪوسٽڪ اثر جي ڪري صوتي دالون پولي ونائلائيڊين فلورائيڊ فلمن مان ٺهيل براڊبينڊ پيزو اليڪٽرڪ ٽرانسڊيوسرز استعمال ڪندي رڪارڊ ڪيون ويون. رڪارڊ ٿيل موج ۽ ان جو اسپيڪٽرم شڪل 2 ۾ ڏيکاريل آهي. اهو ياد رکڻ گهرجي ته ليزر دالون جي شڪل هڪ فري رننگ موڊ ليزر جي عام آهي.
نموني (ب) جي پوئين مٿاڇري تي ليزر نبض جي شدت (الف) ۽ آواز جي رفتار جي عارضي ورڇ، ليزر نبض جي اسپيڪٽرا (سي) ۽ الٽراسونڪ نبض (ڊي) هڪ ليزر نبض (نيرو وکر) لاءِ سراسري طور تي 300 کان وڌيڪ ليزر نبض (ڳاڙهو وکر) هئا.
اسان واضح طور تي ليزر پلس جي گهٽ فريڪوئنسي لفافي ۽ اعليٰ فريڪوئنسي ماڊوليشن سان لاڳاپيل صوتي علاج جي گهٽ فريڪوئنسي ۽ اعليٰ فريڪوئنسي حصن کي فرق ڪري سگهون ٿا. ليزر پلس لفافي مان پيدا ٿيندڙ صوتي لهرن جي طول موج \(40~\text {cm}\ کان وڌيڪ آهي؛ تنهن ڪري، مائڪرو اسٽرڪچر تي صوتي سگنل جي براڊ بينڊ هاءِ فريڪوئنسي حصن جو مکيه اثر متوقع آهي.
SLM ۾ جسماني عمل پيچيده آهن ۽ هڪ ئي وقت مختلف مقامي ۽ وقتي پيماني تي ٿين ٿا. تنهن ڪري، SLM جي نظرياتي تجزيي لاءِ گھڻ-پيماني وارا طريقا سڀ کان وڌيڪ موزون آهن. رياضي ماڊل شروعاتي طور تي گھڻ-جسماني هجڻ گهرجن. هڪ غير فعال گئس ماحول سان رابطي ۾ ايندڙ هڪ ملٽي فيز ميڊيم "سالڊ-مائع پگھل" جي ميڪينڪس ۽ ٿرمو فزڪس کي پوءِ مؤثر طريقي سان بيان ڪري سگهجي ٿو. SLM ۾ مادي حرارتي لوڊ جون خاصيتون هيٺ ڏنل آهن.
گرمي ۽ ٿڌي ڪرڻ جي شرح \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ تائين مقامي ليزر شعاعن جي ڪري بجلي جي کثافت سان \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
پگھلڻ-سڪل ڪرڻ جو چڪر 1 ۽ \(10~\text {ms}} جي وچ ۾ رهي ٿو، جيڪو ٿڌي ٿيڻ دوران پگھلڻ واري علائقي جي تيزيءَ سان مضبوط ٿيڻ ۾ حصو وٺندو آهي.
نموني جي مٿاڇري کي تيز گرم ڪرڻ جي نتيجي ۾ مٿاڇري جي پرت ۾ اعليٰ ٿرموئلاسٽڪ دٻاءُ پيدا ٿئي ٿو. پائوڊر پرت جو ڪافي (20٪ تائين) حصو مضبوطيءَ سان بخارات بڻجي ويندو آهي 63، جنهن جي نتيجي ۾ ليزر ايبليشن جي جواب ۾ مٿاڇري تي اضافي دٻاءُ وڌندو آهي. نتيجي طور، متاثر ٿيل دٻاءُ خاص طور تي حصي جي جاميٽري کي خراب ڪري ٿو، خاص طور تي سپورٽ ۽ پتلي ساخت جي عنصرن جي ويجهو. پلس ٿيل ليزر اينيلنگ ۾ تيز گرمي جي شرح الٽراسونڪ دٻاءُ لهرن جي پيداوار ۾ نتيجو ڏئي ٿي جيڪي مٿاڇري کان سبسٽريٽ تائين پکڙجن ٿيون. مقامي دٻاءُ ۽ دٻاءُ جي ورڇ تي صحيح مقداري ڊيٽا حاصل ڪرڻ لاءِ، گرمي ۽ ماس ٽرانسفر سان ملائي لچڪدار خرابي جي مسئلي جو هڪ ميسو اسڪوپڪ سموليشن ڪيو ويندو آهي.
ماڊل جي گورننگ مساواتن ۾ شامل آهن (1) غير مستحڪم گرمي جي منتقلي مساواتون جتي حرارتي چالکائي مرحلي جي حالت (پاؤڊر، پگھل، پولي ڪرسٽل لائن) ۽ گرمي پد تي منحصر آهي، (2) مسلسل خاتمي ۽ ٿرموئلاسٽڪ توسيع مساوات کان پوءِ لچڪدار خرابي ۾ اتار چڙهاؤ. حد جي قيمت جو مسئلو تجرباتي حالتن سان طئي ڪيو ويندو آهي. ماڊل ٿيل ليزر فلوڪس نموني جي مٿاڇري تي بيان ڪيو ويو آهي. ڪنويڪٽو کولنگ ۾ ڪنڊڪٽو گرمي مٽاسٽا ۽ بخاراتي وهڪرو شامل آهن. ماس فلوڪس کي بخاراتي مواد جي سير ٿيل بخارات جي دٻاءُ جي حساب جي بنياد تي بيان ڪيو ويو آهي. ايلسٽوپلاسٽڪ دٻاءُ-تناؤ جو تعلق استعمال ڪيو ويندو آهي جتي ٿرموئلاسٽڪ دٻاءُ گرمي پد جي فرق جي متناسب آهي. نامياتي طاقت لاءِ \(300~\ٽيڪسٽ {W}\), فريڪوئنسي \(10^5~\ٽيڪسٽ {Hz}\), وقفي وقفي سان گنجائش 100 ۽ \(200~\upmu \ٽيڪسٽ {m}\ ) اثرائتي بيم قطر جي.
شڪل 3 هڪ ميڪرو اسڪوپڪ رياضياتي ماڊل استعمال ڪندي پگھريل زون جي عددي تخليق جا نتيجا ڏيکاري ٿي. فيوزن زون جو قطر \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) ريڊيس) ۽ \(40~\upmu \text {m}\) کوٽائي آهي. تخليق جا نتيجا ڏيکارين ٿا ته سطح جو گرمي پد مقامي طور تي وقت سان گڏ \(100~\text {K}\) جي طور تي مختلف ٿئي ٿو ڇاڪاڻ ته نبض جي ماڊليشن جي اعلي وقفي واري عنصر جي ڪري. حرارتي \(V_h\) ۽ ٿڌي \(V_c\) جي شرح ترتيب وار \(10^7\) ۽ \(10^6~\text {K}/\text {s}\) جي ترتيب تي آهن. اهي قدر اسان جي پوئين تجزيي سان سٺي موافقت ۾ آهن64. \(V_h\) ۽ \(V_c\) جي وچ ۾ شدت جي فرق جي ترتيب جي نتيجي ۾ مٿاڇري جي پرت تيزيءَ سان اوور هيٽنگ ٿئي ٿي، جتي سبسٽريٽ ڏانهن حرارتي وهڪري گرمي کي هٽائڻ لاءِ ڪافي ناهي. تنهن ڪري، تي \(t=26~\upmu \text {s}\) مٿاڇري جو گرمي پد \(4800~\text {K}\) تائين پهچي ٿو. مواد جي زوردار بخارات نموني جي مٿاڇري کي تمام گهڻو دٻاءُ ۽ ڇلڪي جو سبب بڻجي سگهي ٿو.
316L نموني پليٽ تي سنگل ليزر پلس اينيلنگ جي پگھلڻ واري زون جا عددي تخليقي نتيجا. نبض جي شروعات کان وٺي پگھليل تلاءَ جي کوٽائي تائين جو وقت وڌ ۾ وڌ قدر تائين پهچي ٿو \(180~\upmu\text {s}\). آئسوٿرم\(T = T_L = 1723~\text {K}\) مائع ۽ مضبوط مرحلن جي وچ ۾ حد جي نمائندگي ڪري ٿو. آئسوبارز (پيلي لائينون) ايندڙ حصي ۾ درجه حرارت جي ڪم جي طور تي حساب ڪيل پيداوار جي دٻاءُ سان مطابقت رکن ٿيون. تنهن ڪري، ٻن آئسولينز (آئسٿرم\(T=T_L\) ۽ آئسوبارز\(\sigma =\sigma _V(T)\)) جي وچ ۾ ڊومين ۾، مضبوط مرحلو مضبوط ميڪيڪل لوڊ جي تابع آهي، جيڪو مائڪرو اسٽرڪچر ۾ تبديلين جو سبب بڻجي سگهي ٿو.
هي اثر شڪل 4a ۾ وڌيڪ بيان ڪيو ويو آهي، جتي پگھريل زون ۾ دٻاءُ جي سطح کي سطح کان وقت ۽ فاصلي جي ڪم جي طور تي پلاٽ ڪيو ويو آهي. پهرين، دٻاءُ جو رويو مٿي ڏنل شڪل 2 ۾ بيان ڪيل ليزر نبض جي شدت جي ماڊليشن سان لاڳاپيل آهي. تقريبن \(10~\text {MPa}\) جو وڌ ۾ وڌ دٻاءُ \text{s}\) تقريباً \(t=26~\upmu تي ڏٺو ويو. ٻيو، ڪنٽرول پوائنٽ تي مقامي دٻاءُ جي اُڀرڻ ۾ \(500~\text {kHz}\ جي فريڪوئنسي جيتري ئي اوسيليشن خاصيتون آهن. ان جو مطلب آهي ته الٽراسونڪ پريشر لهرون مٿاڇري تي پيدا ٿين ٿيون ۽ پوءِ سبسٽريٽ ۾ پکڙجن ٿيون.
پگھلڻ واري علائقي جي ويجهو ڊيفارميشن زون جون حساب ڪيل خاصيتون شڪل 4b ۾ ڏيکاريل آهن. ليزر ايبليشن ۽ ٿرمو ايلاسٽڪ اسٽريس لچڪدار ڊيفارميشن لهرون پيدا ڪن ٿا جيڪي سبسٽريٽ ۾ پکڙجن ٿيون. جيئن شڪل مان ڏسي سگهجي ٿو، دٻاءُ پيدا ڪرڻ جا ٻه مرحلا آهن. \(t < 40~\upmu \text {s}\ جي پهرين مرحلي دوران، مائيز اسٽريس سطح جي دٻاءُ وانگر ماڊوليشن سان \(8~\text {MPa}\) تائين وڌي ٿو. هي دٻاءُ ليزر ايبليشن جي ڪري ٿئي ٿو، ۽ ڪنٽرول پوائنٽس ۾ ڪو به ٿرمو ايلاسٽڪ اسٽريس نه ڏٺو ويو ڇاڪاڻ ته شروعاتي گرمي متاثر ٿيل زون تمام ننڍو هو. جڏهن گرمي سبسٽريٽ ۾ ختم ڪئي ويندي آهي، ته ڪنٽرول پوائنٽ \(40~\text {MPa}\) کان مٿي اعليٰ ٿرمو ايلاسٽڪ اسٽريس پيدا ڪري ٿو.
حاصل ڪيل ماڊيول ٿيل دٻاءُ جي سطحن جو مضبوط-مائع انٽرفيس تي هڪ اهم اثر پوي ٿو ۽ اهو ڪنٽرول ميڪانيزم ٿي سگهي ٿو جيڪو مضبوط ڪرڻ واري رستي کي سنڀاليندو آهي. ڊيفارميشن زون جو سائز پگھلڻ واري علائقي کان 2 کان 3 ڀيرا وڏو آهي. جيئن شڪل 3 ۾ ڏيکاريل آهي، پگھلڻ واري آئسوٿرم جي جڳهه ۽ پيداوار جي دٻاءُ جي برابر دٻاءُ جي سطح جو مقابلو ڪيو ويو آهي. ان جو مطلب آهي ته نبض ٿيل ليزر شعاع مقامي علائقن ۾ تيز ميڪيڪل لوڊ فراهم ڪري ٿو جنهن جو اثر 300 ۽ \(800~\upmu \text {m}\) جي وچ ۾ آهي جيڪو فوري وقت تي منحصر آهي.
تنهن ڪري، نبض ٿيل ليزر اينيلنگ جي پيچيده ماڊوليشن الٽراسونڪ اثر ڏانهن وٺي ٿي. الٽراسونڪ لوڊنگ کان سواءِ SLM جي مقابلي ۾ مائڪرو اسٽرڪچر چونڊ جو رستو مختلف آهي. خراب ٿيل غير مستحڪم علائقا مضبوط مرحلي ۾ ڪمپريشن ۽ اسٽريچنگ جي وقتي چڪر ڏانهن وٺي ويندا آهن. اهڙيءَ طرح، نئين اناج جي حدن ۽ ذيلي اناج جي حدن جي ٺهڻ ممڪن ٿي ويندي آهي. تنهن ڪري، مائڪرو اسٽرڪچرل ملڪيتن کي جان بوجھ ڪري تبديل ڪري سگهجي ٿو، جيئن هيٺ ڏيکاريل آهي. حاصل ڪيل نتيجا نبض جي ماڊوليشن-حوصلہ افزائي الٽراسائونڊ-هلائيندڙ SLM پروٽوٽائپ کي ڊزائين ڪرڻ جو امڪان فراهم ڪن ٿا. هن صورت ۾، ٻئي هنڌ استعمال ٿيندڙ پائيزو اليڪٽرڪ انڊڪٽر 26 کي خارج ڪري سگهجي ٿو.
(a) وقت جي ڪم جي طور تي دٻاءُ، جيڪو 0، 20 ۽ \(40~\upmu \text {m}\) جي مٿاڇري کان مختلف فاصلن تي سميٽري جي محور سان حساب ڪيو ويندو آهي. (b) وقت تي منحصر وون ميسس دٻاءُ نموني جي مٿاڇري کان 70، 120 ۽ \(170~\upmu \text {m}\) جي فاصلي تي هڪ مضبوط ميٽرڪس ۾ حساب ڪيو ويندو آهي.
تجربا AISI 321H اسٽينلیس اسٽيل پليٽن تي طول و عرض سان ڪيا ويا \(20\times 20\times 5~\text {mm}\). هر ليزر پلس کان پوءِ، پليٽ \(50~\upmu \text {m}\) حرڪت ڪري ٿي، ۽ ليزر بيم ڪمر ٽارگيٽ مٿاڇري تي لڳ ڀڳ \(100~\upmu \text {m}\) آهي. اناج جي صاف ڪرڻ لاءِ پروسيس ٿيل مواد جي ريميلٽنگ کي وڌائڻ لاءِ ساڳئي ٽريڪ تي پنج بعد ۾ بيم پاس ڪيا ويندا آهن. سڀني حالتن ۾، ليزر ريڊيئيشن جي اوسيليٽري جزو تي منحصر ڪري، ريميلٽ ٿيل زون کي سونيڪٽ ڪيو ويو. ان جي نتيجي ۾ سراسري اناج جي علائقي ۾ 5 گنا کان وڌيڪ گهٽتائي ٿيندي آهي. شڪل 5 ڏيکاري ٿي ته ڪيئن ليزر-پگھلندڙ علائقي جو مائڪرو اسٽرڪچر بعد ۾ ريميلٽنگ چڪرن (پاسز) جي تعداد سان تبديل ٿئي ٿو.
ذيلي پلاٽ (a,d,g,j) ۽ (b,e,h,k) - ليزر سان پگھلندڙ علائقن جي مائڪرو اسٽرڪچر، ذيلي پلاٽ (c,f,i,l) - رنگين اناج جي ايراضي جي ورڇ. شيڊنگ هسٽوگرام کي ڳڻڻ لاءِ استعمال ٿيندڙ ذرڙن جي نمائندگي ڪري ٿي. رنگ اناج جي علائقن سان ملن ٿا (هسٽوگرام جي چوٽي تي رنگ بار ڏسو. ذيلي پلاٽ (ac) غير علاج ٿيل اسٽينلیس اسٽيل سان ملن ٿا، ۽ ذيلي پلاٽ (df)، (gi)، (jl) 1، 3 ۽ 5 ريميلٽس سان ملن ٿا.
جيئن ته ليزر نبض جي توانائي ايندڙ پاسن جي وچ ۾ تبديل نه ٿيندي آهي، پگھليل زون جي کوٽائي ساڳي هوندي آهي. اهڙيءَ طرح، ايندڙ چينل مڪمل طور تي پوئين کي "ڍڪيندو" آهي. بهرحال، هسٽوگرام ڏيکاري ٿو ته وچين ۽ وچين اناج جو علائقو پاسن جي وڌندڙ تعداد سان گهٽجي ويندو آهي. اهو ظاهر ڪري سگهي ٿو ته ليزر پگھلڻ جي بدران سبسٽريٽ تي ڪم ڪري رهيو آهي.
اناج جي صفائي پگھليل تلاءَ جي تيز ٿڌي ٿيڻ سبب ٿي سگهي ٿي65. تجربن جو هڪ ٻيو سيٽ ڪيو ويو جنهن ۾ اسٽينلیس اسٽيل پليٽن (321H ۽ 316L) جي مٿاڇري کي فضا ۾ مسلسل لهر ليزر تابڪاري جي سامهون آندو ويو (شڪل 6) ۽ ويڪيوم (شڪل 7). سراسري ليزر پاور (ترتيب وار 300 W ۽ 100 W) ۽ پگھليل تلاءَ جي کوٽائي فري رننگ موڊ ۾ Nd:YAG ليزر جي تجرباتي نتيجن جي ويجهو آهي. بهرحال، هڪ عام ڪالمن جي جوڙجڪ ڏٺي وئي.
مسلسل لهر واري ليزر جي ليزر سان پگھليل علائقي جو مائڪرو اسٽرڪچر (300 W مسلسل طاقت، 200 mm/s اسڪين اسپيڊ، AISI 321H اسٽينلیس اسٽيل).
(a) مائڪرو اسٽرڪچر ۽ (b) مسلسل لهر ليزر سان ويڪيوم ۾ ليزر سان پگھليل علائقي جون اليڪٽران بيڪ اسڪيٽر ڊفرڪشن تصويرون (100 W مسلسل طاقت، 200 mm/s اسڪين اسپيڊ، AISI 316L اسٽينلیس اسٽيل)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
تنهن ڪري، اهو واضح طور تي ڏيکاريو ويو آهي ته ليزر نبض جي شدت جي پيچيده ماڊليشن جو نتيجي ۾ پيدا ٿيندڙ مائڪرو اسٽرڪچر تي هڪ اهم اثر آهي. اسان جو يقين آهي ته هي اثر ميڪيڪل فطرت ۾ آهي ۽ نموني ۾ ڳرڻ جي شعاع واري مٿاڇري کان پکڙجندڙ الٽراسونڪ وائبريشن جي پيداوار جي ڪري ٿئي ٿو. ساڳيا نتيجا 13، 26، 34، 66، 67 ۾ حاصل ڪيا ويا جيڪي ٻاهرين پيزو اليڪٽرڪ ٽرانسڊيوسرز ۽ سونوٽروڊز کي استعمال ڪندي مختلف مواد ۾ تيز شدت وارو الٽراسائونڊ فراهم ڪن ٿا جن ۾ Ti-6Al-4V مصر 26 ۽ اسٽينلیس سٹیل 34 شامل آهن. ممڪن ميڪانيزم جو اندازو هن ريت لڳايو ويو آهي. شديد الٽراسائونڊ صوتي ڪيويٽيشن جو سبب بڻجي سگهي ٿو، جيئن الٽرا فاسٽ ان سيٽو سنڪروٽرون ايڪس ري اميجنگ ۾ ڏيکاريل آهي. ڪيويٽيشن بلبلن جو ٽٽڻ موڙ ۾ پگھليل مواد ۾ جھٽڪي جون لهرون پيدا ڪري ٿو، جن جو اڳيون دٻاءُ تقريبن \(100~\text {MPa}\)69 تائين پهچي ٿو. اهڙيون جھٽڪي جون لهرون ڪافي مضبوط ٿي سگهن ٿيون ته جيئن بلڪ مائع ۾ نازڪ سائيز جي سالڊ فيز نيوڪلئي جي ٺهڻ کي فروغ ڏئي سگهن، عام ڪالمنر اناج جي جوڙجڪ کي خراب ڪن. پرت-به-پرت اضافي پيداوار جو.
هتي، اسان هڪ ٻيو طريقو پيش ڪريون ٿا جيڪو شديد سونيڪيشن ذريعي ساخت جي تبديلي لاءِ ذميوار آهي. مضبوط ٿيڻ کان فوري طور تي، مواد پگھلڻ واري نقطي جي ويجهو هڪ اعلي درجه حرارت تي آهي ۽ ان ۾ انتهائي گهٽ پيداوار جو دٻاءُ آهي. شديد الٽراسونڪ لهرون پلاسٽڪ جي وهڪري کي گرم، صرف مضبوط ٿيل مواد جي اناج جي جوڙجڪ کي تبديل ڪرڻ جو سبب بڻجي سگهن ٿيون. بهرحال، پيداوار جي دٻاءُ جي گرمي پد جي انحصار تي قابل اعتماد تجرباتي ڊيٽا \(T\lesssim 1150~\text {K}\) تي موجود آهن (شڪل 8 ڏسو). تنهن ڪري، هن مفروضي کي جانچڻ لاءِ، اسان پگھلڻ واري نقطي جي ويجهو پيداوار جي دٻاءُ جي رويي جو جائزو وٺڻ لاءِ AISI 316 L اسٽيل سان ملندڙ Fe-Cr-Ni ساخت جي ماليڪيولر ڊائنامڪس (MD) سموليشنز انجام ڏنيون. پيداوار جي دٻاءُ کي ڳڻڻ لاءِ، اسان 70، 71، 72، 73 ۾ تفصيلي MD شيئر اسٽريس ريليڪسيشن ٽيڪنڪ استعمال ڪئي. انٽرا ائٽمي رابطي جي حسابن لاءِ، اسان 74 مان ايمبيڊڊ ايٽمي ماڊل (EAM) استعمال ڪيو. LAMMPS ڪوڊ 75,76 استعمال ڪندي MD سموليشنز ڪيا ويا. MD سموليشنز جي تفصيل شايع ڪئي ويندي. ٻئي هنڌ. درجه حرارت جي ڪم جي طور تي پيداوار جي دٻاءُ جي ايم ڊي حساب ڪتاب جا نتيجا شڪل 8 ۾ موجود تجرباتي ڊيٽا ۽ ٻين تشخيص سان گڏ ڏيکاريا ويا آهن 77,78,79,80,81,82.
AISI گريڊ 316 آسٽينيٽڪ اسٽينلیس اسٽيل لاءِ پيداوار جو دٻاءُ ۽ ماڊل جي جوڙجڪ بمقابله MD سموليشن لاءِ گرمي پد. حوالن مان تجرباتي ماپون: (a) 77، (b) 78، (c) 79، (d) 80، (e) 81. حوالو ڏيو.(f)82 ليزر جي مدد سان اضافي پيداوار دوران ان لائن دٻاءُ جي ماپ لاءِ پيداوار جي دٻاءُ-درجه حرارت جي انحصار جو هڪ تجرباتي ماڊل آهي. هن مطالعي ۾ وڏي پيماني تي MD سموليشن جا نتيجا \(\vartriangleft\) هڪ خرابي کان پاڪ لامحدود سنگل ڪرسٽل لاءِ ۽ \(\vartriangleright\) محدود اناج لاءِ بيان ڪيا ويا آهن جيڪي هال-پيچ رشتي جي ذريعي سراسري اناج جي سائيز کي حساب ۾ رکن ٿا طول و عرض\(d = 50~\upmu \text {m}\).
اهو ڏسي سگهجي ٿو ته \(T>1500~\text {K}\) تي پيداوار جو دٻاءُ \(40~\text {MPa}\ کان هيٺ اچي ٿو. ٻئي طرف، اندازا اڳڪٿي ڪن ٿا ته ليزر پاران پيدا ڪيل الٽراسونڪ ايمپليٽيوڊ \(40~\text {MPa}\) کان وڌيڪ آهي (شڪل 4b ڏسو)، جيڪو گرم مواد ۾ پلاسٽڪ جي وهڪري کي وڌائڻ لاءِ ڪافي آهي جيڪو صرف مضبوط ٿيو آهي.
SLM دوران 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) آسٽينيٽڪ اسٽينلیس اسٽيل جي مائڪرو اسٽرڪچر فارميشن کي تجرباتي طور تي هڪ پيچيده شدت-ماڊيوليڊ پلسڊ ليزر سورس استعمال ڪندي جاچيو ويو.
ليزر پگھلڻ واري علائقي ۾ اناج جي سائيز ۾ گهٽتائي 1، 3 يا 5 پاسن کان پوءِ مسلسل ليزر ريميلٽنگ جي ڪري ملي.
ميڪرو اسڪوپڪ ماڊلنگ ڏيکاري ٿي ته ان علائقي جي اندازي مطابق سائيز جتي الٽراسونڪ ڊيفارميشن مثبت طور تي مضبوطي جي سامهون تي اثر انداز ٿي سگهي ٿي \(1~\text {mm}\) تائين آهي.
خوردبيني ايم ڊي ماڊل ڏيکاري ٿو ته AISI 316 آسٽينيٽڪ اسٽينلیس اسٽيل جي پيداوار جي طاقت پگھلڻ واري نقطي جي ويجهو \(40~\text {MPa}\) تائين گهٽجي وئي آهي.
حاصل ڪيل نتيجا پيچيده ماڊل ٿيل ليزر پروسيسنگ استعمال ڪندي مواد جي مائڪرو اسٽرڪچر کي ڪنٽرول ڪرڻ جو طريقو تجويز ڪن ٿا ۽ پلسڊ ايس ايل ايم ٽيڪنڪ جي نئين ترميمن کي ٺاهڻ لاءِ بنياد طور ڪم ڪري سگهن ٿا.
ليو، وائي ۽ ٻيا. ليزر سليڪٽيو پگھلڻ ذريعي ان سيٽو TiB2/AlSi10Mg ڪمپوزٽس جي مائڪرو اسٽرڪچرل ارتقا ۽ ميڪيڪل خاصيتون [J].J. Alloys.compound.853، 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
گاو، ايس. وغيره. 316L اسٽينلیس سٹیل جي ليزر چونڊيل پگھلڻ جي ري ڪرسٽلائيزيشن اناج جي حد انجنيئرنگ [J]. جرنل آف الما ميٽر.200، 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
چن، ايڪس ۽ ڪيو، سي. ليزر سان پگھليل ٽائيٽينيم الائيز جي ليزر ٻيهر گرم ڪرڻ سان سينڊوچ مائڪرو اسٽرڪچر جي ان سيٽو ڊولپمينٽ. سائنس. ريپ. 10، 15870. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
ازارنيا، اي. وغيره. ليزر ميٽل ڊيپوزيشن (LMD) ذريعي Ti-6Al-4V حصن جي اضافي پيداوار: عمل، مائڪرو اسٽرڪچر ۽ ميڪيڪل خاصيتون. جي. الائيز. ڪمپائونڊ.804، 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
ڪمارا، سي. وغيره. الائي 718 جي ​​ليزر ميٽل پائوڊر جي هدايت ڪيل توانائي جمع ڪرڻ جي مائڪرو اسٽرڪچرل ماڊلنگ. شامل ڪريو.manufacture.25، 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
بسي، ايم. وغيره. ليزر شاڪ پيننگ ذريعي علاج ڪيل اضافي طور تي تيار ڪيل نمونن جو پيراميٽرڪ نيوٽران برگ ايج اميجنگ اسٽڊي. سائنس. نمائندو 11، 14919. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
ٽين، ايڪس. وغيره. اليڪٽران بيم پگھلڻ سان اضافي طور تي ٺهيل Ti-6Al-4V جي گريڊينٽ مائڪرو اسٽرڪچر ۽ ميڪيڪل خاصيتون. الما ميٽر جرنل.97، 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).