Nature.com پر جانے کے لیے آپ کا شکریہ۔ آپ جو براؤزر ورژن استعمال کر رہے ہیں اسے CSS کے لیے محدود سپورٹ حاصل ہے۔ بہترین تجربہ کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ ایک اپ ڈیٹ شدہ براؤزر استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں کمپیٹیبلٹی موڈ آف کر دیں)۔ اس دوران، مسلسل سپورٹ کو یقینی بنانے کے لیے، ہم سائٹ کو بغیر اسٹائلز اور جاوا اسکرپٹ کے ڈسپلے کریں گے۔
مینوفیکچرنگ کے عمل میں مصنوعات کے مائیکرو اسٹرکچر کو کنٹرول کرنے کے لیے سلیکٹیو لیزر پگھلانے پر مبنی ایک نیا طریقہ کار تجویز کیا گیا ہے۔ یہ میکانزم پیچیدہ شدت سے ماڈیولڈ لیزر شعاع ریزی کے ذریعے پگھلے ہوئے تالاب میں اعلی شدت والی الٹراسونک لہروں کی تخلیق پر انحصار کرتا ہے۔ جدید سلیکٹیو لیزر پگھلنے والی مشینوں کے ڈیزائن میں مربوط۔
پیچیدہ شکل والے پرزوں کی اضافی تیاری (AM) حالیہ دہائیوں میں نمایاں طور پر بڑھی ہے۔ تاہم، مختلف قسم کے اضافی مینوفیکچرنگ کے عمل کے باوجود، بشمول سلیکٹیو لیزر پگھلانے (SLM)1,2,3، براہ راست لیزر میٹل ڈیپوزیشن 4,5,6، الیکٹران بیم پگھلنا 7,8 اور دیگر 9,10، اس حصے کی خاصی خرابی کی وجہ سے ہو سکتا ہے۔ پگھلا ہوا پول ٹھوس بنانے کا عمل اعلی تھرمل گریڈیئنٹس، اعلی کولنگ ریٹ، اور مواد کو پگھلنے اور دوبارہ پگھلانے میں ہیٹنگ سائیکلوں کی پیچیدگی سے منسلک ہے 11، جو epitaxial اناج کی ترقی اور اہم porosity کا باعث بنتا ہے۔ 12,13 نے ظاہر کیا کہ یہ ضروری ہے کہ تھرمل گریڈیئنٹس، ٹھنڈک کی شرح، اور مرکب مرکب کو کنٹرول کیا جائے، یا مختلف خصوصیات کے بیرونی شعبوں، جیسے الٹراساؤنڈ کے ذریعے اضافی جسمانی جھٹکے لگائیں، تاکہ اناج کی عمدہ ساخت کو حاصل کیا جا سکے۔
متعدد اشاعتیں روایتی معدنیات سے متعلق عمل 14,15 میں استحکام کے عمل پر وائبریشن ٹریٹمنٹ کے اثر سے متعلق ہیں۔ تاہم، ایک بیرونی فیلڈ کو بلک پگھلنے سے مطلوبہ مادّی مائیکرو سٹرکچر پیدا نہیں ہوتا ہے۔ اگر مائع مرحلے کا حجم چھوٹا ہے، صورت حال ڈرامائی طور پر بدل جاتی ہے۔ اس صورت میں، بیرونی فیلڈ ٹھوس عمل کو نمایاں طور پر متاثر کرتی ہے۔ فیلڈز 16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, آرک سٹرنگ28 اور oscillation29، پلسڈ پلازما آرکس کے دوران برقی مقناطیسی اثرات 30,31 اور دیگر طریقوں پر غور کیا گیا ہے۔ kHz) الٹراساؤنڈ کے ذریعے اناج کی تطہیر کی وجہ درجہ حرارت میں کمی اور الٹرا ساؤنڈ کی وجہ سے نئے کرسٹلائٹس پیدا کرنے کے لیے تشکیلاتی ذیلی کولنگ زون میں اضافہ ہوتا ہے۔
اس کام میں، ہم نے پگھلنے والے لیزر کی طرف سے پیدا ہونے والی آواز کی لہروں کے ساتھ پگھلے ہوئے پول کو سونیکیٹ کر کے austenitic سٹینلیس سٹیل کے اناج کے ڈھانچے کو تبدیل کرنے کے امکان کی چھان بین کی۔ روشنی کو جذب کرنے والے میڈیم پر لیزر تابکاری کے واقعے کی شدت میں ترمیم کے نتیجے میں الٹراسونک مادے کی الٹراسونک لہر کی نسل پیدا ہوتی ہے۔ لیزر ریڈی ایشن کی ماڈیولیشن کو موجودہ SLM 3D پرنٹرز میں آسانی سے ضم کیا جا سکتا ہے۔ اس کام میں تجربات سٹینلیس سٹیل کی پلیٹوں پر کیے گئے جن کی سطحیں شدت سے ماڈیولڈ لیزر ریڈی ایشن سے متاثر تھیں۔ اس لیے، تکنیکی طور پر، لیزر سطح کا علاج کیا جاتا ہے۔ تاہم، اگر اس طرح کا لیزر ٹریٹمنٹ کیا جاتا ہے، تو ہر سطح پر منتخب کردہ پرزوں کی سطح پر اثرات مرتب ہوتے ہیں دوسرے لفظوں میں، اگر حصے کو تہہ در تہہ بنایا گیا ہے، تو ہر تہہ کی لیزر سطح کا علاج "لیزر والیوم ٹریٹمنٹ" کے برابر ہے۔
جبکہ الٹراسونک ہارن پر مبنی الٹراسونک تھراپی میں، کھڑے آواز کی لہر کی الٹراسونک توانائی پورے اجزاء میں تقسیم کی جاتی ہے، جب کہ لیزر کی حوصلہ افزائی الٹراسونک شدت اس مقام کے قریب بہت زیادہ مرکوز ہوتی ہے جہاں لیزر ریڈی ایشن جذب ہوتی ہے۔ لیزر ریڈی ایشن کو ساکن رہنا چاہیے۔ اس کے علاوہ، حصے کی اوپری سطح پر کوئی میکانکی دباؤ نہیں ہے۔ اس لیے صوتی دباؤ صفر کے قریب ہے اور اس حصے کی پوری اوپری سطح پر ذرہ کی رفتار زیادہ سے زیادہ طول و عرض رکھتی ہے۔ پورے پگھلے ہوئے تالاب کے اندر آواز کا دباؤ 0.1 فیصد سے زیادہ نہیں ہو سکتا، کیونکہ زیادہ سے زیادہ ہیڈولرنگ کے ذریعے صوتی دباؤ کی رفتار کم ہو جاتی ہے۔ سٹینلیس سٹیل میں 20 kHz کی فریکوئنسی والی لہریں \(\sim 0.3~\text {m}\) ہے، اور گہرائی عام طور پر \(\sim 0.3~\text {mm}\) سے کم ہوتی ہے۔ اس لیے، cavitation پر الٹراساؤنڈ کا اثر چھوٹا ہو سکتا ہے۔
واضح رہے کہ لیزر میٹل ڈپوزیشن میں شدت سے ماڈیولڈ لیزر ریڈی ایشن کا استعمال 35,36,37,38 تحقیق کا ایک فعال علاقہ ہے۔
میڈیم پر لیزر تابکاری کے واقعے کے تھرمل اثرات تقریباً تمام مادی پروسیسنگ لیزر تکنیک 39، 40 کی بنیاد ہیں، جیسے کٹنگ 41، ویلڈنگ، ہارڈننگ، ڈرلنگ 42، سطح کی صفائی، سطح کی ملاوٹ، سطح پالش 43، وغیرہ۔ میٹریل پروسیسنگ ٹیکنالوجی اور خلاصہ شدہ ابتدائی اور بہت سے گراف 4 میں نتائج کا جائزہ لیا گیا ہے۔
واضح رہے کہ میڈیم پر کوئی بھی نان سٹیشنری عمل جس میں جذب کرنے والے میڈیم پر لیزنگ ایکشن بھی شامل ہے، اس میں صوتی لہروں کا جوش کم و بیش کارکردگی کے ساتھ پیدا ہوتا ہے۔ ابتدائی طور پر، بنیادی توجہ مائعات میں لہروں کی لیزر اتیجیت اور مختلف تھرمل اکسیٹیشن میکانزم پر تھی، آواز کے حجم میں تبدیلی، تھرمل ایگزیٹیشن، تھرمل ایگزیٹیشن میکانزم، تھرمل ایگزیٹیشن، ٹرانسمیشن فیز میں تبدیلی۔ وغیرہ) 47، 48، 49۔ متعدد مونوگراف 50، 51، 52 اس عمل اور اس کے ممکنہ عملی اطلاق کے نظریاتی تجزیے فراہم کرتے ہیں۔
ان مسائل پر بعد میں مختلف کانفرنسوں میں تبادلہ خیال کیا گیا، اور الٹراساؤنڈ کی لیزر اتیجیت لیزر ٹیکنالوجی53 اور دوائی 54 دونوں صنعتی ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتی ہے۔ اس لیے اس عمل کا بنیادی تصور قائم کیا جا سکتا ہے جس کے ذریعے نبض لیزر روشنی جذب کرنے والے میڈیم پر کام کرتی ہے۔ نمونے 55,56۔
مواد پر لیزر سے پیدا ہونے والی جھٹکا لہروں کا اثر لیزر شاک peening57,58,59 کی بنیاد ہے، جو کہ اضافی طور پر تیار کردہ پرزوں کی سطح کے علاج کے لیے بھی استعمال ہوتا ہے۔ تاہم، لیزر شاک کو مضبوط بنانا نینو سیکنڈ لیزر دالوں اور میکانکی طور پر بھری ہوئی سطحوں پر سب سے زیادہ مؤثر ہے (مثال کے طور پر، مکینیکل دباؤ کی ایک تہہ کے ساتھ) کیونکہ مکینیکل پریشر 59 بڑھتا ہے۔
ٹھوس مواد کے مائیکرو اسٹرکچر پر مختلف فزیکل فیلڈز کے ممکنہ اثرات کی چھان بین کے لیے تجربات کیے گئے۔ تجرباتی سیٹ اپ کا فنکشنل ڈایاگرام تصویر 1 میں دکھایا گیا ہے۔ A pulsed Nd: YAG سالڈ اسٹیٹ لیزر فری رننگ موڈ میں کام کرتا ہے (پلس کا دورانیہ \(\tau _L \sim 150 {~\spulseE) استعمال کیا گیا تھا۔ غیر جانبدار کثافت فلٹرز کی ایک سیریز اور ایک بیم سپلٹر پلیٹ سسٹم کے ذریعے۔ نیوٹرل ڈینسٹی فلٹرز کے امتزاج پر منحصر ہے، ہدف پر نبض کی توانائی \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) سے \(E_L \sim 100~\mJ}) کی عکاسی ہوتی ہے۔ بیک وقت ڈیٹا کے حصول کے لیے ایک فوٹوڈیوڈ پر، اور دو کیلوری میٹر (فوٹوڈیوڈس کا استعمال کیا جاتا ہے جس کا لمبا رسپانس ٹائم \(1~\text {ms}\) سے زیادہ ہوتا ہے) واقعے کا تعین کرنے اور ہدف سے منعکس ہونے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اور دو پاور میٹرز (فوٹوڈیوڈس کے ساتھ مختصر ردعمل کے اوقات\(<10~\text {ns}\)) یا پاور میٹر کا استعمال کیا جاتا ہے۔ ایک تھرموپائل ڈیٹیکٹر Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 اور نمونے کے مقام پر نصب ایک ڈائی الیکٹرک آئینے کا استعمال کرتے ہوئے مطلق اکائیوں میں قدریں دینے کے لیے کیلیبریٹ کیا گیا ہے۔ لینس کا استعمال کرتے ہوئے بیم کو ہدف پر مرکوز کریں (\(1.06 \upmu \upmu \text\6} {~\0} کی لمبائی) اور متن {6m}} ہدف کی سطح پر بیم کمر 60– \(100~\upmu\text {m}\)۔
تجرباتی سیٹ اپ کا فنکشنل اسکیمیٹک ڈایاگرام: 1—لیزر؛ 2-لیزر بیم؛ 3-غیر جانبدار کثافت فلٹر؛ 4- مطابقت پذیر فوٹوڈیوڈ؛ 5-بیم سپلٹر؛ 6-ڈایافرام؛ 7- واقعہ بیم کا کیلوری میٹر؛ 8 - منعکس بیم کا کیلوری میٹر؛ 9 - واقعہ بیم پاور میٹر؛ 10 - منعکس بیم پاور میٹر؛ 11 - فوکسنگ لینس؛ 12 - آئینہ؛ 13 - نمونہ؛ 14 - براڈ بینڈ پیزو الیکٹرک ٹرانسڈیوسر؛ 15 - 2D کنورٹر؛ 16 - پوزیشننگ مائکروکنٹرولر؛ 17 - ہم آہنگی یونٹ؛ 18 - مختلف نمونے لینے کی شرحوں کے ساتھ ملٹی چینل ڈیجیٹل ایکوزیشن سسٹم؛ 19 - پرسنل کمپیوٹر۔
الٹراسونک علاج اس طرح کیا جاتا ہے۔ لیزر فری رننگ موڈ میں کام کرتا ہے۔ اس لیے لیزر پلس کا دورانیہ \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) ہے، جو تقریباً \(1.5~\upmu \text {s } \) ہر ایک کے ایک سے زیادہ دورانیے پر مشتمل ہوتا ہے۔ لیزر پلس کی عارضی شکل اور اس کا سپیکٹرم ایک کم فریکوئنسی اور اوسط درجے کے ساتھ ہوتا ہے۔ تقریباً \(0.7~\text {MHz}\) کی فریکوئنسی، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ فریکوئنسی لفافہ مواد کو گرم کرنے اور اس کے نتیجے میں پگھلنے اور بخارات فراہم کرتا ہے، جب کہ ہائی فریکوئنسی جزو فوٹو اکوسٹک اثر کی وجہ سے الٹراسونک کمپن فراہم کرتا ہے۔ نبض کی شدت یہ \(7~\text {kHz}\) سے \(2~\text {MHz}\) تک ہے، اور مرکز کی فریکوئنسی \(~ 0.7~\text {MHz}\) ہے۔ فوٹو اکوسٹک اثر کی وجہ سے صوتی دالیں پولی وینیلائیڈین سے بنے براڈ بینڈ پیزو الیکٹرک ٹرانسڈیوسرز کا استعمال کرتے ہوئے ریکارڈ کی گئی تھیں اور اس کی ایف ویو اسپیکٹ فلموں کو ریکارڈ کیا گیا تھا۔ 2. یہ واضح رہے کہ لیزر دالوں کی شکل فری رننگ موڈ لیزر کی طرح ہے۔
نمونے کی پچھلی سطح پر لیزر پلس کی شدت (a) اور آواز کی رفتار (b) کی عارضی تقسیم، ایک لیزر پلس (c) کا سپیکٹرا (نیلے وکر) اور الٹراساؤنڈ پلس (d) کا اوسط 300 سے زیادہ لیزر پلس (سرخ وکر) ہے۔
ہم صوتی علاج کے کم تعدد اور اعلی تعدد والے اجزاء کو بالترتیب لیزر پلس کے کم فریکوئنسی لفافے اور ہائی فریکوئنسی ماڈیولیشن سے مماثل فرق کر سکتے ہیں۔ لیزر پلس سے پیدا ہونے والی صوتی لہروں کی طول موج۔ لہذا، مائکرو اسٹرکچر پر صوتی سگنل کے براڈ بینڈ ہائی فریکوئنسی اجزاء کا بنیادی اثر متوقع ہے۔
ایس ایل ایم میں جسمانی عمل پیچیدہ ہوتے ہیں اور مختلف مقامی اور وقتی پیمانے پر بیک وقت ہوتے ہیں۔ اس لیے ایس ایل ایم کے نظریاتی تجزیے کے لیے کثیر پیمانے کے طریقے سب سے زیادہ موزوں ہیں۔ ریاضی کے ماڈلز کو ابتدائی طور پر کثیر طبعی ہونا چاہیے۔ ایک ملٹی فیز میڈیم کے میکانکس اور تھرمو فزکس ماحول کے ساتھ تعامل کر سکتے ہیں۔ مؤثر طریقے سے بیان کیا جائے۔ SLM میں مادی تھرمل بوجھ کی خصوصیات درج ذیل ہیں۔
حرارتی اور ٹھنڈک کی شرحیں \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ \(10^{13}~\text {W} cm}^2\) تک پاور کثافت کے ساتھ مقامی لیزر شعاع ریزی کی وجہ سے۔
پگھلنے کا سالیڈیفکیشن سائیکل 1 اور \(10~\text {ms}\) کے درمیان رہتا ہے، جو ٹھنڈک کے دوران پگھلنے والے زون کی تیزی سے مضبوطی میں حصہ ڈالتا ہے۔
نمونے کی سطح کو تیزی سے گرم کرنے کے نتیجے میں سطح کی تہہ میں اعلی تھرموئلاسٹک تناؤ پیدا ہوتا ہے۔ پاؤڈر کی تہہ کا کافی (20% تک) حصہ مضبوطی سے بخارات بن جاتا ہے، جس کے نتیجے میں لیزر کے خاتمے کے جواب میں سطح پر اضافی دباؤ کا بوجھ بنتا ہے۔ نتیجتاً، حوصلہ افزائی شدہ تناؤ نمایاں طور پر مسخ کرتا ہے، خاص طور پر قریبی سپورٹ، اعلی عناصر کو مسخ کرتا ہے۔ پلسڈ لیزر اینیلنگ میں حرارت کی شرح کے نتیجے میں الٹراسونک تناؤ کی لہریں پیدا ہوتی ہیں جو سطح سے سبسٹریٹ تک پھیلتی ہیں۔ مقامی تناؤ اور تناؤ کی تقسیم کے بارے میں درست مقداری اعداد و شمار حاصل کرنے کے لیے، حرارت اور بڑے پیمانے پر منتقلی کے ساتھ مل کر لچکدار اخترتی کے مسئلے کا ایک میسوسکوپک تخروپن انجام دیا جاتا ہے۔
ماڈل کی گورننگ مساوات میں شامل ہیں (1) غیر مستحکم حرارت کی منتقلی کی مساوات جہاں تھرمل چالکتا مرحلے کی حالت (پاؤڈر، پگھل، پولی کرسٹل لائن) اور درجہ حرارت پر منحصر ہے، (2) مسلسل خاتمے اور تھرموئلاسٹک توسیع مساوات کے بعد لچکدار اخترتی میں اتار چڑھاؤ۔ سطح۔ convective کولنگ میں conductive heat exchange اور evaporative flux شامل ہیں۔ بڑے پیمانے پر بہاؤ کی وضاحت بخارات کے مواد کے سیر شدہ بخارات کے دباؤ کے حساب کی بنیاد پر کی جاتی ہے۔ ایلسٹو پلاسٹک تناؤ کا رشتہ استعمال کیا جاتا ہے جہاں تھرموئلاسٹک تناؤ درجہ حرارت کے فرق کے متناسب ہوتا ہے۔ {Hz}\), وقفے وقفے سے گتانک 100 اور \(200~\upmu \text {m}\ ) مؤثر بیم قطر کا۔
شکل 3 میکروسکوپک ریاضیاتی ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے پگھلے ہوئے زون کے عددی تخروپن کے نتائج دکھاتی ہے۔ فیوژن زون کا قطر \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) رداس ہے) اور \(40~\upmu \text { m}\) رداس ہے اور \(40~\upmu}) \(40~\upmu) \(40~\upmu) کے نتائج کو ظاہر کرتا ہے۔ مقامی طور پر وقت کے ساتھ \(100~\text {K}\) پلس ماڈیولیشن کے اعلی وقفے وقفے کے عنصر کی وجہ سے۔ حرارتی \(V_h\) اور کولنگ \(V_c\) کی شرحیں \(10^7\) اور \(10^6~\text {K}/\text {s}\) کی ترتیب پر ہیں، بالترتیب ہمارے پچھلے معاہدے میں اچھی قدر A 4 کے ساتھ ہیں۔ \(V_h\) اور \(V_c\) کے درمیان شدت کے فرق کے نتیجے میں سطح کی تہہ تیزی سے زیادہ گرم ہوتی ہے، جہاں سبسٹریٹ میں تھرمل ترسیل گرمی کو دور کرنے کے لیے ناکافی ہوتی ہے۔ اس لیے، \(t=26~\upmu \text {s}\) پر سطح کا درجہ حرارت اس حد تک بلند ہوتا ہے جتنا کہ \(4800}) K ~ ~\\' ٹیکسٹ مواد کی سطح کا درجہ حرارت کم ہو سکتا ہے۔ ضرورت سے زیادہ دباؤ کا نشانہ بننا اور چھیلنا۔
316L نمونہ پلیٹ پر سنگل لیزر پلس اینیلنگ کے پگھلنے والے زون کے عددی تخروپن کے نتائج۔ نبض کے آغاز سے پگھلے ہوئے تالاب کی گہرائی تک زیادہ سے زیادہ قدر تک پہنچنے کا وقت \(180~\upmu\text {s}\) ہے۔ isotherm\(T = T_L = 1723 کے درمیان ٹھوس متن کی نمائندگی کرتا ہے۔ مراحل۔ isobars (پیلی لکیریں) اگلے حصے میں درجہ حرارت کے فنکشن کے طور پر شمار کیے گئے پیداواری تناؤ سے مطابقت رکھتی ہیں۔ اس لیے، دو isolines (isotherms\(T=T_L\) اور isobars\(\sigma =\sigma _V(T)\) کے درمیان ڈومین میں)، جو کہ مضبوط مرحلے کو تبدیل کر سکتا ہے، جس کے نتیجے میں ٹھوس موضوع میں تبدیلی آتی ہے۔ مائکرو اسٹرکچر
اس اثر کی مزید وضاحت شکل 4a میں کی گئی ہے، جہاں پگھلے ہوئے زون میں دباؤ کی سطح کو وقت اور سطح سے فاصلے کے فعل کے طور پر مرتب کیا گیا ہے۔ سب سے پہلے، دباؤ کا رویہ اوپر کی شکل 2 میں بیان کردہ لیزر نبض کی شدت کے ماڈیول سے متعلق ہے۔ زیادہ سے زیادہ دباؤ \text{s}\) کا تقریباً \(10~\text {MPa}\) پر مشاہدہ کیا گیا تھا۔ \(t=26~\upmu)۔دوسرا، کنٹرول پوائنٹ پر مقامی دباؤ کے اتار چڑھاؤ میں وہی دولن خصوصیات ہیں جو \(500~\text {kHz}\) کی فریکوئنسی ہوتی ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ الٹراسونک دباؤ کی لہریں سطح پر پیدا ہوتی ہیں اور پھر سبسٹریٹ میں پھیلتی ہیں۔
پگھلنے والے زون کے قریب اخترتی زون کی حسابی خصوصیات تصویر 4b میں دکھائی گئی ہیں۔ لیزر ایبلیشن اور تھرموئلاسٹک تناؤ لچکدار اخترتی لہریں پیدا کرتے ہیں جو سبسٹریٹ میں پھیلتی ہیں۔ جیسا کہ اعداد و شمار سے دیکھا جا سکتا ہے، تناؤ پیدا کرنے کے دو مراحل ہیں۔ \(8~\text {MPa}\) سطح کے دباؤ سے ملتی جلتی ایک ماڈیولیشن کے ساتھ۔ یہ تناؤ لیزر کے خاتمے کی وجہ سے ہوتا ہے، اور کنٹرول پوائنٹس میں کوئی تھرموئلاسٹک تناؤ نہیں دیکھا گیا کیونکہ ابتدائی گرمی سے متاثرہ زون بہت چھوٹا تھا۔ جب گرمی کو سبسٹریٹ میں پھیلایا جاتا ہے، کنٹرول پوائنٹ اعلی تھرموئلاسٹک تناؤ پیدا کرتا ہے۔
حاصل شدہ ماڈیولڈ سٹریس لیولز کا ٹھوس مائع انٹرفیس پر خاصا اثر پڑتا ہے اور یہ مضبوطی کے راستے کو کنٹرول کرنے والا کنٹرول میکانزم ہو سکتا ہے۔ ڈیفارمیشن زون کا سائز پگھلنے والے زون سے 2 سے 3 گنا بڑا ہے۔ جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے، پگھلنے والے آئسوتھرم کا مقام اور اس کا مطلب یہ ہے کہ اسٹریس لیول کا موازنہ کیا گیا اسٹریس لیول کے برابر ہے۔ فوری وقت کے لحاظ سے شعاع ریزی مقامی علاقوں میں 300 اور \(800~\upmu \text {m}\) کے درمیان موثر قطر کے ساتھ اعلی مکینیکل بوجھ فراہم کرتی ہے۔
لہذا، پلسڈ لیزر اینیلنگ کی پیچیدہ ترمیم الٹراسونک اثر کا باعث بنتی ہے۔ الٹراسونک لوڈنگ کے بغیر ایس ایل ایم سے موازنہ کرنے پر مائیکرو اسٹرکچر کے انتخاب کا راستہ مختلف ہوتا ہے۔ غیر مستحکم خطے ٹھوس مرحلے میں کمپریشن اور کھینچنے کے متواتر چکروں کا باعث بنتے ہیں۔ اس لیے، مائیکرو اسٹرکچرل خصوصیات کو جان بوجھ کر تبدیل کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ حاصل کردہ نتائج ایک پلس ماڈیولیشن-حوصلہ افزائی الٹراساؤنڈ سے چلنے والے SLM پروٹو ٹائپ کو ڈیزائن کرنے کا امکان فراہم کرتے ہیں۔ اس صورت میں، کہیں اور استعمال ہونے والے پیزو الیکٹرک انڈکٹر 26 کو خارج کیا جا سکتا ہے۔
(a) وقت کے فعل کے طور پر دباؤ، سطح 0، 20 اور \(40~\upmu \text {m}\) سے مختلف فاصلوں پر سمیٹری کے محور کے ساتھ حساب کیا جاتا ہے۔
تجربات AISI 321H سٹینلیس سٹیل پلیٹوں پر کیے گئے جس کے طول و عرض \(20\times 20\times 5~\text {mm}\)۔ہر لیزر پلس کے بعد، پلیٹ حرکت کرتی ہے \(50~\upmu \text {m}\)، اور لیزر بیم کی کمر ہدف کی سطح پر \\\mu5 کے بارے میں \~\0m} ہے۔ اناج کی تطہیر کے لیے پراسیس شدہ مواد کی ریمیلٹنگ کو دلانے کے لیے بعد کے بیم پاسز اسی ٹریک کے ساتھ کیے جاتے ہیں۔ تمام صورتوں میں، لیزر ریڈی ایشن کے دوغلی جزو پر منحصر ہوتے ہوئے، ریملیٹڈ زون کو سونیکیٹ کیا گیا تھا۔ اس کے نتیجے میں اناج کے اوسط علاقے میں 5 گنا سے زیادہ کمی واقع ہوتی ہے۔ بعد میں ریمیلٹنگ سائیکل (گزرتا ہے)۔
سب پلاٹس (a,d,g,j) اور (b,e,h,k) – لیزر پگھلے ہوئے علاقوں کا مائیکرو سٹرکچر، سب پلاٹس (c,f,i,l) – رنگین دانوں کی رقبہ کی تقسیم۔ شیڈنگ ان ذرات کی نمائندگی کرتی ہے جو ہسٹوگرام کی گنتی کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ رنگ اناج کے خطوں سے مطابقت رکھتے ہیں (ہسٹوگرام کے اوپری حصے میں رنگین بار دیکھیں۔ سب پلاٹس (ac) غیر علاج شدہ سٹینلیس سٹیل سے مطابقت رکھتے ہیں، اور ذیلی پلاٹ (df)، (gi)، (jl) 1، 3 اور 5 سے مساوی ہیں۔
چونکہ لیزر نبض کی توانائی بعد کے گزرنے کے درمیان تبدیل نہیں ہوتی ہے، اس لیے پگھلے ہوئے زون کی گہرائی یکساں ہے۔ اس طرح، اس کے بعد آنے والا چینل پچھلے والے کو مکمل طور پر "ڈھک" لیتا ہے۔ تاہم، ہسٹوگرام سے پتہ چلتا ہے کہ گزرنے کی بڑھتی ہوئی تعداد کے ساتھ اوسط اور درمیانی اناج کا رقبہ کم ہو جاتا ہے۔
پگھلے ہوئے تالاب کے تیز ٹھنڈک کی وجہ سے اناج کی تطہیر ہو سکتی ہے65۔ تجربات کا ایک اور مجموعہ کیا گیا جس میں سٹینلیس سٹیل کی پلیٹوں کی سطحیں (321H اور 316L) فضا میں مسلسل لہراتی لیزر شعاعوں (تصویر 6) اور ویکیوم (تصویر 7) کے سامنے آئیں۔ پول کی گہرائی Nd:YAG لیزر کے تجرباتی نتائج کے قریب ہے جو فری رننگ موڈ میں ہے۔ تاہم، ایک عام کالم کی ساخت دیکھی گئی۔
مسلسل لہر لیزر کے لیزر سے پگھلنے والے خطے کا مائیکرو سٹرکچر (300 W مستقل طاقت، 200 mm/s اسکین اسپیڈ، AISI 321H سٹینلیس سٹیل)۔
(a) مائیکرو اسٹرکچر اور (b) ویکیوم کنٹینٹ ویو لیزر کے لیزر پگھلنے والے زون کی الیکٹران بیک سکیٹر ڈفریکشن امیج (مستقل پاور 100 ڈبلیو، اسکیننگ اسپیڈ 200 ملی میٹر/س، AISI 316L سٹینلیس سٹیل) \ (\sim 2~\text {mbar }\)۔
لہذا، یہ واضح طور پر دکھایا گیا ہے کہ لیزر پلس کی شدت کی پیچیدہ ماڈیولیشن نتیجے میں پیدا ہونے والے مائیکرو اسٹرکچر پر اہم اثر ڈالتی ہے۔ ہمارا ماننا ہے کہ یہ اثر میکانکی نوعیت کا ہے اور نمونے کی گہرائی میں پگھلنے والی شعاعی سطح سے پھیلنے والی الٹراسونک کمپن کی وجہ سے ہوتا ہے۔ piezoelectric transducers اور sonotrodes جس میں Ti-6Al-4V الائے 26 اور سٹینلیس سٹیل 34 سمیت مختلف مواد میں اعلی شدت کا الٹراساؤنڈ فراہم کیا جاتا ہے، جس کا نتیجہ ہے۔ ممکنہ طریقہ کار کا اندازہ اس طرح لگایا جاتا ہے۔ شدید الٹراساؤنڈ صوتی کیویٹیشن کا سبب بن سکتا ہے، جیسا کہ الٹرا فاسٹ سیٹ کے الٹرا ساؤنڈ میں ظاہر ہوتا ہے۔ بلبلے بدلے میں پگھلے ہوئے مواد میں صدمے کی لہریں پیدا کرتے ہیں، جن کا سامنے کا دباؤ تقریباً \(100~\text {MPa}\)69 تک پہنچ جاتا ہے۔ اس طرح کی صدمے کی لہریں اتنی مضبوط ہو سکتی ہیں کہ بلک مائعات میں اہم سائز کے ٹھوس مرحلے کے مرکزے کی تشکیل کو فروغ دے سکیں، جس سے عام کالم کے اناج کی ساخت میں خلل پڑتا ہے۔
یہاں، ہم ایک اور طریقہ کار تجویز کرتے ہیں جو شدید سونیکیشن کے ذریعے ساختی ترمیم کے لیے ذمہ دار ہے۔ ٹھوس ہونے کے بعد مواد پگھلنے کے مقام کے قریب اعلی درجہ حرارت پر ہوتا ہے اور اس کی پیداوار کا دباؤ انتہائی کم ہوتا ہے۔ شدید الٹراسونک لہریں پلاسٹک کے بہاؤ کا سبب بن سکتی ہیں کہ گرم مواد کے اناج کے ڈھانچے کو تبدیل کر دیا جائے۔ تاہم، قابل اعتماد تجرباتی اعداد و شمار پر انحصار کرتے ہیں۔ 1150~\text {K}\) (شکل 8 دیکھیں)۔ اس لیے، مفروضے کو جانچنے کے لیے، ہم نے AISI 316 L اسٹیل کی طرح Fe-Cr-Ni کمپوزیشن کے مالیکیولر ڈائنامکس (MD) سمولیشنز کیے تاکہ پگھلنے والے پوائنٹ کے قریب پیداوار کے تناؤ کے رویے کا اندازہ لگایا جا سکے۔ 70، 71، 72، 73 میں تفصیلی نرمی کی تکنیک۔ انٹرااٹامک تعامل کے حساب کے لیے، ہم نے 74 سے ایمبیڈڈ اٹامک ماڈل (EAM) کا استعمال کیا۔ MD سمیولیشنز LAMMPS کوڈز 75,76 کا استعمال کرتے ہوئے انجام دی گئیں۔ MD تخروپن کی تفصیلات درجہ حرارت کے MD سمولیشن کے نتائج کے طور پر شائع کی جائیں گی۔ تصویر 8 میں دستیاب تجرباتی ڈیٹا اور دیگر جائزوں کے ساتھ77,78,79,80,81,82۔
AISI گریڈ 316 آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل اور ماڈل کمپوزیشن بمقابلہ درجہ حرارت MD سمولیشنز کے لیے پیداواری تناؤ۔ حوالہ جات سے تجرباتی پیمائش: (a) 77، (b) 78، (c) 79، (d) 80، (e) 81. temperical stress کے ماڈل کا حوالہ دیں لیزر اسسٹڈ ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ کے دوران آن لائن تناؤ کی پیمائش کے لیے۔ اس مطالعے میں بڑے پیمانے پر MD سمولیشن کے نتائج کو \(\vartriangleleft\) نقائص سے پاک لامحدود سنگل کرسٹل کے لیے اور \(\vartriangleright\) محدود اناج کے لیے اوسط اناج کے سائز کو مدنظر رکھتے ہوئے دکھایا گیا ہے \متن {m}\)۔
یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ \(T>1500~\text {K}\) پر پیداوار کا تناؤ \(40~\text {MPa}\) سے نیچے گر جاتا ہے۔ دوسری طرف، تخمینے یہ پیش گوئی کرتے ہیں کہ لیزر سے تیار کردہ الٹراسونک طول و عرض \(40~\text {MPa}\) سے زیادہ ہے، (دیکھیں تصویر میں پلاسٹک کا بہاؤ گرم مواد 4 میں ہے۔ صرف مضبوط.
SLM کے دوران 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) آسٹینیٹک سٹینلیس سٹیل کی مائکرو اسٹرکچر کی تشکیل کی تجرباتی طور پر پیچیدہ شدت سے ماڈیولڈ پلسڈ لیزر سورس کا استعمال کرتے ہوئے جانچ کی گئی۔
لیزر پگھلنے والے زون میں اناج کے سائز میں کمی 1، 3 یا 5 گزرنے کے بعد مسلسل لیزر ریمیلٹنگ کی وجہ سے پائی گئی۔
میکروسکوپک ماڈلنگ سے پتہ چلتا ہے کہ اس علاقے کا تخمینہ سائز جہاں الٹراسونک اخترتی مثبت طور پر مضبوطی کے سامنے کو متاثر کر سکتی ہے \(1~\text {mm}\) تک ہے۔
مائکروسکوپک MD ماڈل سے پتہ چلتا ہے کہ AISI 316 austenitic سٹینلیس سٹیل کی پیداواری طاقت نمایاں طور پر پگھلنے کے نقطہ کے قریب \(40~\text {MPa}\) تک کم ہو گئی ہے۔
حاصل کردہ نتائج پیچیدہ ماڈیولڈ لیزر پروسیسنگ کا استعمال کرتے ہوئے مواد کے مائیکرو اسٹرکچر کو کنٹرول کرنے کا ایک طریقہ تجویز کرتے ہیں اور یہ پلسڈ ایس ایل ایم تکنیک کی نئی تبدیلیاں بنانے کی بنیاد کے طور پر کام کر سکتا ہے۔
Liu, Y. et al.Microstructural Evolution اور In Situ TiB2/AlSi10Mg کمپوزائٹس کی مکینیکل خصوصیات بذریعہ لیزر سلیکٹیو میلٹنگ [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021)۔
Gao, S. et al. 316L سٹینلیس سٹیل [J] کی لیزر سلیکٹیو میلٹنگ کی ریکریسٹالائزیشن گرین باؤنڈری انجینئرنگ۔ Alma Mater کا جریدہ 200، 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020)۔
Chen, X. & Qiu, C. لیزر سے پگھلے ہوئے ٹائٹینیم مرکبات کی لیزر ری ہیٹنگ کے ذریعے بہتر لچک کے ساتھ سینڈوچ مائیکرو اسٹرکچرز کی ترقی میں۔ 10، 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020)۔
Azarniya, A. et al. Ti-6Al-4V حصوں کی اضافی مینوفیکچرنگ بذریعہ لیزر میٹل ڈیپوزیشن (LMD): عمل، مائیکرو اسٹرکچر اور مکینیکل خصوصیات۔ Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019)۔
کمارا، C. et al.Microstructural ماڈلنگ کی لیزر میٹل پاؤڈر ڈائریکٹڈ انرجی ڈیپوزیشن آف الائے 718.Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019)۔
Busey, M. et al.Parametric Neutron Bragg Edge امیجنگ سٹڈی کے اضافی طور پر تیار کردہ نمونوں کا جن کا علاج لیزر شاک Peening.science.Rep. 11، 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021)۔
Tan, X. et al.Ti-6Al-4V کی مکینیکل خصوصیات جو کہ الیکٹران بیم پگھلنے کے ذریعے اضافی طور پر تیار کی گئی ہیں۔