Asante kwa kutembelea Nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo kwa CSS. Kwa matumizi bora, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime hali ya utangamano katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutaonyesha tovuti bila mitindo na JavaScript.
Utaratibu mpya unaotegemea kuyeyuka kwa leza teule ili kudhibiti muundo mdogo wa bidhaa katika mchakato wa utengenezaji unapendekezwa. Utaratibu huu unategemea uzalishaji wa mawimbi ya ultrasonic yenye nguvu ya juu katika bwawa lililoyeyushwa kwa kutumia mionzi tata ya leza inayobadilishwa nguvu. Uchunguzi wa majaribio na simulizi za nambari zinaonyesha kuwa utaratibu huu wa udhibiti unawezekana kitaalamu na unaweza kuunganishwa kwa ufanisi katika muundo wa mashine za kisasa za kuyeyusha leza teule.
Utengenezaji wa viongeza (AM) wa sehemu zenye umbo tata umekua kwa kiasi kikubwa katika miongo ya hivi karibuni. Hata hivyo, licha ya aina mbalimbali za michakato ya utengenezaji wa viongeza, ikiwa ni pamoja na kuyeyuka kwa leza teule (SLM)1,2,3, uwekaji wa chuma wa leza moja kwa moja4,5,6, kuyeyuka kwa boriti ya elektroni7,8 na zingine9,10, Sehemu zinaweza kuwa na kasoro. Hii ni hasa kutokana na sifa maalum za mchakato wa uimarishaji wa bwawa lililoyeyuka unaohusishwa na gradients nyingi za joto, viwango vya juu vya kupoeza, na ugumu wa mizunguko ya joto katika kuyeyusha na kuyeyusha nyenzo 11, ambayo husababisha ukuaji wa chembe za epitaxial na porosity kubwa. 12,13 ilionyesha kuwa ni muhimu kudhibiti gradients za joto, viwango vya kupoeza, na muundo wa aloi, au kutumia mshtuko wa ziada wa kimwili na nyanja za nje za sifa mbalimbali, kama vile ultrasound, ili kufikia miundo laini ya chembe zenye usawa.
Machapisho mengi yanahusu athari za matibabu ya mtetemo kwenye mchakato wa uimara katika michakato ya kawaida ya uundaji14,15.Hata hivyo, kutumia uwanja wa nje kwenye kuyeyuka kwa wingi hakutoi muundo mdogo wa nyenzo unaohitajika.Ikiwa ujazo wa awamu ya kioevu ni mdogo, hali hubadilika sana.Katika hali hii, uwanja wa nje huathiri kwa kiasi kikubwa mchakato wa uimara.Nyumba kali za sauti16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, kuchochea kwa safu28 na mtetemo29, athari za sumakuumeme wakati wa safu za plasma zilizopigwa30,31 na njia zingine32 zimezingatiwa. Ambatanisha kwenye sehemu ya chini kwa kutumia chanzo cha nje cha ultrasound chenye nguvu ya juu (kwa 20 kHz).Uboreshaji wa nafaka unaosababishwa na ultrasound unahusishwa na kuongezeka kwa eneo la kupoeza kwa sehemu ndogo kutokana na kupungua kwa mteremko wa joto na uboreshaji wa ultrasound ili kutoa fuwele mpya kupitia cavitation.
Katika kazi hii, tulichunguza uwezekano wa kubadilisha muundo wa chembe za vyuma vya pua vya austenitic kwa kutumia mawimbi ya sauti yaliyoyeyushwa yanayotokana na leza inayoyeyuka yenyewe. Ubadilishaji wa nguvu wa tukio la mionzi ya leza kwenye chombo kinachofyonza mwanga husababisha uzalishaji wa mawimbi ya ultrasonic, ambayo hubadilisha muundo mdogo wa nyenzo. Ubadilishaji huu wa nguvu wa mionzi ya leza unaweza kuunganishwa kwa urahisi katika printa zilizopo za SLM 3D. Majaribio katika kazi hii yalifanywa kwenye sahani za chuma cha pua ambazo nyuso zake ziliwekwa wazi kwa mionzi ya leza iliyobadilishwa nguvu. Kwa hivyo, kitaalamu, matibabu ya uso wa leza hufanywa. Hata hivyo, ikiwa matibabu kama hayo ya leza yanafanywa kwenye uso wa kila safu, wakati wa ujenzi wa safu kwa safu, athari kwenye ujazo mzima au kwenye sehemu zilizochaguliwa za ujazo hupatikana. Kwa maneno mengine, ikiwa sehemu imejengwa safu kwa safu, matibabu ya uso wa leza ya kila safu ni sawa na "matibabu ya ujazo wa leza".
Ilhali katika tiba ya ultrasonic inayotegemea pembe ya ultrasonic, nishati ya ultrasonic ya wimbi la sauti lililosimama husambazwa katika sehemu yote, huku nguvu ya ultrasonic inayosababishwa na leza ikiwa imejikita sana karibu na mahali ambapo mionzi ya leza hufyonzwa. Kutumia sonotrodi katika mashine ya kuunganisha kitanda cha unga cha SLM ni ngumu kwa sababu uso wa juu wa kitanda cha unga kilicho wazi kwa mionzi ya leza unapaswa kubaki bila kubadilika. Zaidi ya hayo, hakuna mkazo wa kiufundi kwenye uso wa juu wa sehemu. Kwa hivyo, mkazo wa akustisk uko karibu na sifuri na kasi ya chembe ina amplitude ya juu zaidi juu ya uso mzima wa juu wa sehemu. Shinikizo la sauti ndani ya bwawa lote lililoyeyuka haliwezi kuzidi 0.1% ya shinikizo la juu linalotokana na kichwa cha kulehemu, kwa sababu urefu wa wimbi la ultrasonic lenye masafa ya 20 kHz katika chuma cha pua ni \(\sim 0.3~\text {m}\), na kina kawaida huwa chini ya \(\sim 0.3~\text {mm}\). Kwa hivyo, athari ya ultrasound kwenye cavitation inaweza kuwa ndogo.
Ikumbukwe kwamba matumizi ya mionzi ya leza inayobadilishwa nguvu katika uwekaji wa metali ya leza moja kwa moja ni eneo linalofanya kazi la utafiti35,36,37,38.
Athari za joto za tukio la mionzi ya leza kwenye chombo hicho ndizo msingi wa karibu mbinu zote za usindikaji wa nyenzo za leza 39, 40, kama vile kukata 41, kulehemu, kuimarisha, kuchimba visima 42, kusafisha uso, kuchanganya uso, kung'arisha uso 43, n.k. teknolojia ya usindikaji wa vifaa na muhtasari wa matokeo ya awali katika mapitio na monografu nyingi 44, 45, 46.
Ikumbukwe kwamba kitendo chochote kisichosimama kwenye chombo hicho, ikiwa ni pamoja na kitendo cha kudumu kwenye chombo kinachofyonza, husababisha msisimko wa mawimbi ya akustisk ndani yake kwa ufanisi zaidi au mdogo. Hapo awali, lengo kuu lilikuwa kwenye msisimko wa leza wa mawimbi katika vimiminika na mifumo mbalimbali ya msisimko wa joto ya sauti (upanuzi wa joto, uvukizi, mabadiliko ya ujazo wakati wa mpito wa awamu, mkazo, n.k.) 47, 48, 49. Monografu nyingi50, 51, 52 hutoa uchambuzi wa kinadharia wa mchakato huu na matumizi yake ya vitendo yanayowezekana.
Masuala haya baadaye yalijadiliwa katika mikutano mbalimbali, na msisimko wa leza wa ultrasound una matumizi katika matumizi ya viwandani ya teknolojia ya leza53 na dawa54. Kwa hivyo, inaweza kuzingatiwa kwamba dhana ya msingi ya mchakato ambao mwanga wa leza unaovutwa hufanya kazi kwenye chombo kinachofyonza imeanzishwa. Ukaguzi wa ultrasonic wa leza hutumika kwa kugundua kasoro za sampuli zilizotengenezwa na SLM55,56.
Athari ya mawimbi ya mshtuko yanayotokana na leza kwenye vifaa ndiyo msingi wa kupenya kwa mshtuko wa leza57,58,59, ambayo pia hutumika kwa ajili ya matibabu ya uso wa sehemu zilizotengenezwa kwa viongezeo60.Hata hivyo, uimarishaji wa mshtuko wa leza unafaa zaidi kwenye mapigo ya leza ya sekunde na nyuso zilizopakiwa kwa mitambo (km, na safu ya kioevu)59 kwa sababu mzigo wa mitambo huongeza shinikizo la kilele.
Majaribio yalifanywa ili kuchunguza athari zinazowezekana za nyanja mbalimbali za kimwili kwenye muundo mdogo wa nyenzo zilizoganda. Mchoro wa utendaji wa usanidi wa majaribio unaonyeshwa kwenye Mchoro 1. Leza ya hali-ngumu ya Nd:YAG iliyopigwa kwa mapigo inayofanya kazi katika hali ya kukimbia huru (muda wa mapigo \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) ilitumika. Kila mapigo ya leza hupitishwa kupitia mfululizo wa vichujio vya msongamano usio na upande wowote na mfumo wa bamba la mgawanyiko wa boriti. Kulingana na mchanganyiko wa vichujio vya msongamano usio na upande wowote, nishati ya mapigo kwenye shabaha inatofautiana kutoka \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) hadi \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) . Boriti ya leza inayoakisiwa kutoka kwa mgawanyiko wa boriti hulishwa kwa fotodiodi kwa ajili ya upatikanaji wa data kwa wakati mmoja, na kalori mbili (fotodiodi zenye muda mrefu wa majibu unaozidi \(1~\text {ms}\)) hutumika kubaini tukio na kuakisiwa kutoka kwa shabaha, na mita mbili za nguvu (fotodiodi zenye majibu mafupi. times\(<10~\text {ns}\)) ili kubaini tukio na nguvu ya macho inayoakisiwa. Kalorimita na mita za nguvu zilirekebishwa ili kutoa thamani katika vitengo kamili kwa kutumia kigunduzi cha thermopile Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 na kioo cha dielectric kilichowekwa kwenye eneo la sampuli. Lenga boriti kwenye shabaha kwa kutumia lenzi (Mipako ya antireflection katika \(1.06 \upmu \text {m}\), urefu wa fokasi \(160~\text {mm}\)) na kiuno cha boriti kwenye uso unaolengwa 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Mchoro wa kielelezo cha utendaji kazi wa usanidi wa majaribio: 1—leza; 2—mwanga wa leza; 3—kichujio cha msongamano usio na upande wowote; 4—fotodiodi iliyosawazishwa; kigawanyiko cha boriti 5; 6—diaphragm; 7—kalorimita ya boriti ya tukio; 8 – kalorimita ya boriti iliyoakisiwa; 9 – mita ya nguvu ya boriti ya tukio; 10 – mita ya nguvu ya boriti iliyoakisiwa; 11 – lenzi inayolenga; 12 – kioo; 13 – sampuli; 14 – kipitishio cha piezoelectric cha broadband; 15 – kibadilishaji cha 2D; 16 – kidhibiti kidogo cha kuweka nafasi; 17 – kitengo cha ulandanishi; 18 – mfumo wa upatikanaji wa dijitali wa njia nyingi wenye viwango mbalimbali vya sampuli; 19 – kompyuta binafsi.
Matibabu ya ultrasonic hufanywa kama ifuatavyo. Leza hufanya kazi katika hali ya kukimbia huru; kwa hivyo muda wa mapigo ya leza ni \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), ambayo ina vipindi vingi vya takriban \(1.5~\upmu \text {s} \) kila kimoja. Umbo la muda la mapigo ya leza na wigo wake linajumuisha bahasha ya masafa ya chini na moduli ya masafa ya juu, yenye masafa ya wastani ya takriban \(0.7~\text {MHz}\), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2.- Bahasha ya masafa hutoa joto na kuyeyuka na uvukizi unaofuata wa nyenzo, huku sehemu ya masafa ya juu ikitoa mitetemo ya ultrasonic kutokana na athari ya mwangaza. Umbo la mawimbi la mapigo ya ultrasonic yanayotokana na leza huamuliwa hasa na umbo la wakati wa nguvu ya mapigo ya leza. Ni kuanzia \(7~\maandishi {kHz}\) hadi \ (2~\maandishi {MHz}\), na masafa ya katikati ni \(~ 0.7~\maandishi {MHz}\). Mapigo ya akustika kutokana na athari ya fotoakusisti yalirekodiwa kwa kutumia vibadilishaji vya piezoelectric vya broadband vilivyotengenezwa kwa filamu za polivinylidene floridi. Umbo la wimbi lililorekodiwa na wigo wake vimeonyeshwa kwenye Mchoro 2. Ikumbukwe kwamba umbo la mapigo ya leza ni la kawaida kwa leza ya hali inayoendesha huru.
Usambazaji wa muda wa kiwango cha mapigo ya leza (a) na kasi ya sauti (b) kwenye uso wa nyuma wa sampuli, spektra (mkunjo wa bluu) wa mapigo moja ya leza (c) na mapigo ya ultrasound (d) yalikuwa na wastani wa mapigo zaidi ya 300 ya leza (mkunjo mwekundu).
Tunaweza kutofautisha wazi vipengele vya masafa ya chini na masafa ya juu vya matibabu ya akustisk inayolingana na bahasha ya masafa ya chini ya mapigo ya leza na moduli ya masafa ya juu, mtawalia. Mawimbi ya mawimbi ya akustisk yanayotokana na bahasha ya mapigo ya leza yanazidi \(40~\text {cm}\); kwa hivyo, athari kuu ya vipengele vya masafa ya juu vya broadband ya ishara ya akustisk kwenye muundo mdogo inatarajiwa.
Michakato ya kimwili katika SLM ni changamano na hutokea kwa wakati mmoja katika mizani tofauti ya anga na ya muda. Kwa hivyo, mbinu za vipimo vingi zinafaa zaidi kwa uchambuzi wa kinadharia wa SLM. Mifumo ya hisabati inapaswa kuwa ya kimwili mwanzoni. Mitambo na thermofizikia ya kati ya awamu nyingi "kuyeyuka-kioevu kigumu" inayoingiliana na angahewa ya gesi isiyo na maji inaweza kuelezewa kwa ufanisi. Sifa za mizigo ya joto ya nyenzo katika SLM ni kama ifuatavyo.
Viwango vya kupasha joto na kupoeza hadi \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ kutokana na miale ya leza iliyopo ndani yenye msongamano wa nguvu hadi \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Mzunguko wa kuyeyuka-kuganda hudumu kati ya 1 na \(10~\text {ms}\), ambayo huchangia ugandaji wa haraka wa eneo la kuyeyuka wakati wa kupoa.
Kupasha joto haraka kwa uso wa sampuli husababisha uundaji wa mikazo ya juu ya joto-elastic kwenye safu ya uso. Sehemu ya kutosha (hadi 20%) ya safu ya unga huvukizwa kwa nguvu63, ambayo husababisha mzigo wa ziada wa shinikizo kwenye uso kutokana na kufutwa kwa leza. Kwa hivyo, mkazo unaosababishwa hupotosha kwa kiasi kikubwa jiometri ya sehemu, haswa karibu na viunganishi na vipengele vyembamba vya kimuundo. Kiwango cha juu cha kupokanzwa katika unyonyaji wa leza ya mapigo husababisha uzalishaji wa mawimbi ya mkazo ya ultrasonic ambayo huenea kutoka kwenye uso hadi kwenye sehemu ya chini. Ili kupata data sahihi ya kiasi kuhusu mkazo wa ndani na usambazaji wa mkazo, simulizi ya mesoskopu ya tatizo la uundaji wa elastic lililounganishwa na joto na uhamisho wa wingi hufanywa.
Milinganyo inayotawala ya modeli hiyo ni pamoja na (1) milinganyo isiyo imara ya uhamishaji joto ambapo upitishaji joto hutegemea hali ya awamu (unga, kuyeyuka, poliklisto) na halijoto, (2) kushuka kwa mabadiliko ya elastic baada ya uondoaji endelevu na mlinganyo wa upanuzi wa thermoelastic. Tatizo la thamani ya mpaka huamuliwa na hali ya majaribio. Mtiririko wa leza uliobadilishwa hufafanuliwa kwenye uso wa sampuli. Upoozaji wa convective unajumuisha ubadilishanaji wa joto unaoendesha na mtiririko wa uvukizi. Mtiririko wa wingi hufafanuliwa kulingana na hesabu ya shinikizo la mvuke lililojaa la nyenzo inayoyeyuka. Uhusiano wa mkazo wa elastoplastiki hutumika ambapo mkazo wa thermoelastic unalingana na tofauti ya halijoto. Kwa nguvu ya kawaida \(300~\maandishi {W}\), masafa \(10^5~\maandishi {Hz}\), mgawo wa vipindi 100 na \(200~\upmu \maandishi {m}\ ) ya kipenyo cha boriti kinachofaa.
Mchoro 3 unaonyesha matokeo ya simulizi ya nambari ya eneo lililoyeyushwa kwa kutumia modeli ya hisabati ya makroskopu. Kipenyo cha eneo la muunganiko ni \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) radius) na \(40~\upmu \text {m}\) kina. Matokeo ya simulizi yanaonyesha kuwa halijoto ya uso hutofautiana ndani ya eneo husika kwa muda kama \(100~\text {K}\) kutokana na kipengele cha juu cha vipindi cha moduli ya mapigo. Viwango vya joto \(V_h\) na upoezaji \(V_c\) viko katika mpangilio wa \(10^7\) na \(10^6~\text {K}/\text {s}\), mtawalia. Thamani hizi zinakubaliana vyema na uchambuzi wetu wa awali64. Tofauti ya mpangilio wa ukubwa kati ya \(V_h\) na \(V_c\) husababisha kuongezeka kwa joto kwa kasi kwa safu ya uso, ambapo upitishaji wa joto kwenye substrate haitoshi kuondoa joto. Kwa hivyo, katika \(t=26~\upmu \text {s}\) kilele cha halijoto ya uso hadi \(4800~\text {K}\). Uvukizi mkali wa nyenzo unaweza kusababisha uso wa sampuli kukabiliwa na shinikizo kubwa na kung'oka.
Matokeo ya simulizi ya nambari ya eneo la kuyeyuka la upanuzi wa mapigo ya leza moja kwenye bamba la sampuli la lita 316. Muda kuanzia mwanzo wa mapigo hadi kina cha bwawa lililoyeyuka kufikia thamani ya juu ni \(180~\upmu\text {s}\). Isotherm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) inawakilisha mpaka kati ya awamu za kioevu na imara. Isobari (mistari ya njano) inalingana na mkazo wa mavuno uliohesabiwa kama kigezo cha halijoto katika sehemu inayofuata. Kwa hivyo, katika eneo kati ya isolini mbili (isotherms\(T=T_L\) na isobari\(\sigma =\sigma _V(T)\)), awamu imara hupitia mizigo mikubwa ya kiufundi, ambayo inaweza kusababisha mabadiliko katika muundo mdogo.
Athari hii inaelezewa zaidi katika Mchoro 4a, ambapo kiwango cha shinikizo katika eneo lililoyeyuka kinaonyeshwa kama kigezo cha muda na umbali kutoka kwenye uso. Kwanza, tabia ya shinikizo inahusiana na urekebishaji wa nguvu ya mapigo ya leza iliyoelezwa katika Mchoro 2 hapo juu. Shinikizo la juu \text{s}\) la takriban \(10~\text {MPa}\) lilionekana karibu \(t=26~\upmu). Pili, kushuka kwa shinikizo la ndani katika sehemu ya udhibiti kuna sifa sawa za mtetemo kama masafa ya \(500~\text {kHz}\). Hii ina maana kwamba mawimbi ya shinikizo la ultrasonic huzalishwa kwenye uso na kisha huenea kwenye sehemu ndogo.
Sifa zilizohesabiwa za eneo la uundaji wa mabadiliko karibu na eneo la kuyeyuka zinaonyeshwa kwenye Mchoro 4b. Uondoaji wa leza na mkazo wa thermoelastic hutoa mawimbi ya uundaji wa elastic ambayo huenea kwenye substrate. Kama inavyoonekana kutoka kwa mchoro, kuna hatua mbili za uzalishaji wa mkazo. Wakati wa awamu ya kwanza ya \(t < 40~\upmu \text {s}\), mkazo wa Mises huongezeka hadi \(8~\text {MPa}\) na moduli inayofanana na shinikizo la uso. Mkazo huu hutokea kutokana na uondoaji wa leza, na hakuna mkazo wa thermoelastic ulioonekana katika sehemu za udhibiti kwa sababu eneo la awali lililoathiriwa na joto lilikuwa dogo sana. Joto linapotawanyika kwenye substrate, sehemu ya udhibiti hutoa mkazo mkubwa wa thermoelastic juu ya \(40~\text {MPa}\).
Viwango vya msongo vilivyobadilishwa vilivyopatikana vina athari kubwa kwenye kiolesura cha kioevu-kigumu na vinaweza kuwa utaratibu wa udhibiti unaosimamia njia ya uimara. Ukubwa wa eneo la ugeuzi ni mara 2 hadi 3 zaidi kuliko ule wa eneo la kuyeyuka. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3, eneo la isothermu ya kuyeyuka na kiwango cha msongo sawa na msongo wa mavuno vinalinganishwa. Hii ina maana kwamba mionzi ya leza ya mapigo hutoa mizigo mikubwa ya kiufundi katika maeneo yaliyotengwa yenye kipenyo kinachofaa kati ya 300 na \(800~\upmu \text {m}\) kulingana na wakati wa papo hapo.
Kwa hivyo, urekebishaji tata wa uunganishaji wa leza ya mapigo husababisha athari ya ultrasonic. Njia ya uteuzi wa muundo mdogo ni tofauti ikilinganishwa na SLM bila upakiaji wa ultrasonic. Maeneo yasiyo imara yaliyoharibika husababisha mizunguko ya mara kwa mara ya mgandamizo na kunyoosha katika awamu imara. Kwa hivyo, uundaji wa mipaka mipya ya nafaka na mipaka ya chini ya nafaka inakuwa inawezekana. Kwa hivyo, sifa za miundo ndogo zinaweza kubadilishwa kimakusudi, kama inavyoonyeshwa hapa chini. Hitimisho zilizopatikana hutoa uwezekano wa kubuni mfano wa SLM unaosababishwa na urekebishaji wa mapigo unaoendeshwa na ultrasound. Katika hali hii, inductor ya piezoelectric 26 inayotumika kwingineko inaweza kutengwa.
(a) Shinikizo kama kigezo cha muda, kinachohesabiwa katika umbali tofauti kutoka kwenye uso 0, 20 na \(40~\upmu \text {m}\) kando ya mhimili wa ulinganifu.(b) Mkazo wa Von Mises unaotegemea wakati unaohesabiwa katika matrix thabiti katika umbali 70, 120 na \(170~\upmu \text {m}\) kutoka kwenye uso wa sampuli.
Majaribio yalifanywa kwenye sahani za chuma cha pua za AISI 321H zenye vipimo \(20\mara 20\mara 5~\maandishi {mm}\). Baada ya kila mpigo wa leza, sahani husogea \(50~\upmu \maandishi {m}\), na kiuno cha boriti ya leza kwenye uso unaolengwa ni takriban \(100~\upmu \maandishi {m}\). Hadi miale mitano inayofuata hupitishwa kando ya njia hiyo hiyo ili kusababisha kuyeyuka kwa nyenzo zilizosindikwa kwa ajili ya uboreshaji wa nafaka. Katika visa vyote, eneo lililoyeyuka lilitolewa kwa sauti, kulingana na sehemu ya mtetemo ya mionzi ya leza. Hii husababisha kupungua kwa zaidi ya mara 5 kwa eneo la wastani la nafaka. Mchoro 5 unaonyesha jinsi muundo mdogo wa eneo lililoyeyuka kwa leza unavyobadilika na idadi ya mizunguko inayofuata ya kuyeyuka (kupita).
Vijisehemu vidogo (a,d,g,j) na (b,e,h,k) – muundo mdogo wa maeneo yaliyoyeyushwa na leza, vijisehemu vidogo (c,f,i,l) – usambazaji wa eneo la chembe zenye rangi. Kivuli kinawakilisha chembe zinazotumika kukokotoa histogramu. Rangi zinalingana na maeneo ya nafaka (tazama upau wa rangi juu ya histogramu. Vijisehemu vidogo (ac) vinalingana na chuma cha pua kisichotibiwa, na vijisehemu vidogo (df), (gi), (jl) vinalingana na 1, 3 na 5 zilizoyeyuka.
Kwa kuwa nishati ya mapigo ya leza haibadiliki kati ya kupita kunakofuata, kina cha eneo lililoyeyuka ni sawa. Kwa hivyo, njia inayofuata "inafunika" kabisa ile iliyotangulia. Hata hivyo, histogramu inaonyesha kwamba eneo la wastani na la wastani la chembe hupungua kadri idadi ya kupita inavyoongezeka. Hii inaweza kuonyesha kwamba leza inafanya kazi kwenye sehemu ya chini badala ya kuyeyuka.
Uboreshaji wa nafaka unaweza kusababishwa na kupoeza haraka kwa bwawa lililoyeyushwa65. Seti nyingine ya majaribio ilifanywa ambapo nyuso za sahani za chuma cha pua (321H na 316L) ziliwekwa wazi kwa mionzi ya leza ya wimbi linaloendelea katika angahewa (Mchoro 6) na utupu (Mchoro 7). Nguvu ya wastani ya leza (300 W na 100 W, mtawalia) na kina cha bwawa lililoyeyushwa viko karibu na matokeo ya majaribio ya leza ya Nd:YAG katika hali ya kukimbia huru.Hata hivyo, muundo wa kawaida wa safu wima ulionekana.
Muundo mdogo wa eneo lililoyeyushwa na leza la leza ya wimbi endelevu (nguvu isiyobadilika ya 300 W, kasi ya kuchanganua ya 200 mm/s, chuma cha pua cha AISI 321H).
(a) Muundo mdogo na (b) picha ya mtawanyiko wa elektroni nyuma ya eneo la kuyeyuka kwa leza la leza ya wimbi endelevu la utupu (nguvu ya mara kwa mara 100 W, kasi ya kuchanganua 200 mm/s, chuma cha pua cha AISI 316L) \ (\sim 2~\text {mbar }\).
Kwa hivyo, imeonyeshwa wazi kwamba urekebishaji tata wa nguvu ya mapigo ya leza una athari kubwa kwenye muundo mdogo unaotokana. Tunaamini kwamba athari hii ni ya kimakanika na hutokea kutokana na uzalishaji wa mitetemo ya ultrasonic inayoenea kutoka kwenye uso uliowashwa wa kuyeyuka ndani kabisa ya sampuli. Matokeo sawa yalipatikana katika 13, 26, 34, 66, 67 kwa kutumia vibadilishaji vya nje vya piezoelectric na sonotrodes zinazotoa ultrasound ya nguvu ya juu katika vifaa mbalimbali ikiwa ni pamoja na aloi ya Ti-6Al-4V 26 na chuma cha pua 34 matokeo ya. Utaratibu unaowezekana unakisiwa kama ifuatavyo. Ultrasound kali inaweza kusababisha cavitation ya akustisk, kama inavyoonyeshwa katika upigaji picha wa X-ray wa ultrafast in situ synchrotron. Kuanguka kwa viputo vya cavitation kwa upande wake hutoa mawimbi ya mshtuko katika nyenzo iliyoyeyushwa, ambayo shinikizo lake la mbele hufikia takriban \(100~\text {MPa}\)69. Mawimbi kama hayo ya mshtuko yanaweza kuwa na nguvu ya kutosha kukuza uundaji wa viini vya awamu ngumu vya ukubwa muhimu katika vimiminika vingi, na kuharibu muundo wa kawaida wa chembe ya safu ya Utengenezaji wa nyongeza za tabaka kwa tabaka.
Hapa, tunapendekeza utaratibu mwingine unaohusika na marekebisho ya kimuundo kwa kutumia sonication kali. Nyenzo hiyo baada tu ya uimara iko kwenye halijoto ya juu karibu na kiwango cha kuyeyuka na ina mkazo mdogo sana wa mavuno. Mawimbi makali ya ultrasonic yanaweza kusababisha mtiririko wa plastiki kubadilisha muundo wa nafaka wa nyenzo moto iliyoimarishwa tu. Hata hivyo, data ya majaribio ya kuaminika kuhusu utegemezi wa halijoto wa mkazo wa mavuno inapatikana katika \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (tazama Mchoro 8). Kwa hivyo, ili kujaribu dhana hii, tulifanya uigaji wa mienendo ya molekuli (MD) ya muundo wa Fe-Cr-Ni sawa na chuma cha AISI 316 L ili kutathmini tabia ya mkazo wa mavuno karibu na kiwango cha kuyeyuka. Ili kuhesabu mkazo wa mavuno, tulitumia mbinu ya kulegeza mkazo wa MD iliyoelezwa katika 70, 71, 72, 73. Kwa hesabu za mwingiliano wa interatomiki, tulitumia Mfano wa Atomiki Iliyopachikwa (EAM) kutoka 74. Uigaji wa MD ulifanywa kwa kutumia misimbo ya LAMMPS 75,76. Maelezo ya uigaji wa MD yatachapishwa kwingineko. Matokeo ya hesabu ya MD ya mkazo wa mavuno kama kazi ya Halijoto imeonyeshwa kwenye Mchoro 8 pamoja na data ya majaribio inayopatikana na tathmini zingine77,78,79,80,81,82.
Mkazo wa mavuno kwa chuma cha pua cha austenitic daraja la 316 na muundo wa modeli dhidi ya halijoto kwa simulizi za MD. Vipimo vya majaribio kutoka kwa marejeleo: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81.rejelea.(f)82 ni modeli ya majaribio ya utegemezi wa halijoto ya mkazo wa mavuno kwa kipimo cha mkazo cha ndani wakati wa utengenezaji wa nyongeza unaosaidiwa na leza. Matokeo ya simulizi kubwa ya MD katika utafiti huu yanaonyeshwa kama \(\vartriangleleft\) kwa fuwele moja isiyo na kasoro na \(\vartriangleright\) kwa nafaka zenye kikomo kwa kuzingatia ukubwa wa wastani wa nafaka kupitia Vipimo vya uhusiano wa Hall-Petch\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Inaweza kuonekana kwamba katika \(T>1500~\text {K}\) mkazo wa mavuno hushuka chini ya \(40~\text {MPa}\). Kwa upande mwingine, makadirio yanatabiri kwamba amplitude ya ultrasonic inayozalishwa na leza inazidi \(40~\text {MPa}\) (tazama Mchoro 4b), ambayo inatosha kusababisha mtiririko wa plastiki kwenye nyenzo moto iliyoganda tu.
Uundaji wa muundo mdogo wa chuma cha pua cha austenitic cha 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) wakati wa SLM ulichunguzwa kwa majaribio kwa kutumia chanzo cha leza cha mapigo kilichobadilishwa nguvu changamano.
Kupungua kwa ukubwa wa chembe katika eneo la kuyeyuka kwa leza kulipatikana kutokana na kuyeyuka tena kwa leza mfululizo baada ya kupita mara 1, 3 au 5.
Uundaji wa mifano ya makroskopu unaonyesha kwamba ukubwa unaokadiriwa wa eneo ambalo uundaji wa ultrasonic unaweza kuathiri vyema sehemu ya mbele ya uimara ni hadi \(1~\text {mm}\).
Mfano wa MD wa hadubini unaonyesha kwamba nguvu ya mavuno ya chuma cha pua cha austenitic cha AISI 316 imepunguzwa sana hadi \(40~\text {MPa}\) karibu na sehemu ya kuyeyuka.
Matokeo yaliyopatikana yanaonyesha njia ya kudhibiti muundo mdogo wa vifaa kwa kutumia usindikaji tata wa leza uliobadilishwa na inaweza kutumika kama msingi wa kuunda marekebisho mapya ya mbinu ya SLM iliyopigwa.
Liu, Y. et al. Mageuzi ya kimuundo na sifa za kimuundo za mchanganyiko wa TiB2/AlSi10Mg katika hali halisi kwa kuyeyuka kwa leza [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. Uhandisi wa mpaka wa nafaka ya uundaji upya wa kuyeyuka kwa leza kwa chuma cha pua cha lita 316 [J]. Jarida la Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Ukuzaji wa miundo midogo ya sandwichi katika hali ya ndani yenye unyumbufu ulioimarishwa kwa kupasha joto upya kwa kutumia leza aloi za titani zilizoyeyushwa na leza.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Utengenezaji wa viambato vya Ti-6Al-4V kwa kutumia leza ya chuma (LMD): mchakato, muundo mdogo na sifa za mitambo.J. Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Uundaji wa miundo midogo ya uwekaji wa nishati inayoelekezwa kwa unga wa metali ya leza ya Aloi 718. Ongeza kwenye.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al. Utafiti wa Upigaji Picha wa Neutron Bragg Edge wa Sampuli Zilizotengenezwa kwa Viungo Zilizotibiwa na Laser Shock Peening.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Muundo mdogo wa gradient na sifa za mitambo za Ti-6Al-4V zilizotengenezwa kwa njia ya nyongeza kwa kuyeyuka kwa boriti ya elektroni. Jarida la Alma Mater.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).