א דאנק פארן באזוכן Nature.com. די בראַוזער ווערסיע וואָס איר ניצט האט באַגרענעצטע שטיצע פֿאַר CSS. פֿאַר דער בעסטער דערפאַרונג, מיר רעקאָמענדירן אַז איר ניצט אַן דערהייַנטיקטן בראַוזער (אָדער דיאַקטיווירן קאָמפּאַטאַבילאַטי מאָדע אין אינטערנעט עקספּלאָרער). אין דער דערווייל, צו ענשור קאַנטיניואַס שטיצע, וועלן מיר ווייַזן די וועבזייטל אָן סטיילז און דזשאַוואַסקריפּט.
מען פֿאָרשלאָגט אַ נײַער מעханіזם באַזירט אויף סעלעקטיווער לאַזער צעשמעלץ צו קאָנטראָלירן די מיקראָסטרוקטור פֿון פּראָדוקטן אין דעם פֿאַבריקאַציע פּראָצעס. דער מעханіזם פֿאַרלאָזט זיך אויף דער דזשענעריישאַן פֿון הויך-אינטענסיטעט אַלטראַסאַניק כוואַליעס אין דעם צעשמעלצן בעקן דורך קאָמפּלעקסע אינטענסיטעט-מאָדולירטע לאַזער באַשטראַלונג. עקספּערימענטאַלע שטודיעס און נומערישע סימולאַציעס ווײַזן אַז דער קאָנטראָל מעханіזם איז טעכניש מעגלעך און קען עפֿעקטיוו אינטעגרירט ווערן אין דעם פּלאַן פֿון מאָדערנע סעלעקטיווע לאַזער צעשמעלץ מאַשינען.
אַדיטיוו מאַנופאַקטורינג (AM) פון קאָמפּלעקס-פאָרמיגע טיילן איז באַדייטנד געוואקסן אין די לעצטע יאָרצענדליקער. אָבער, טראָץ די פאַרשיידנקייט פון אַדיטיוו מאַנופאַקטורינג פּראָצעסן, אַרייַנגערעכנט סעלעקטיוו לאַזער מעלטינג (SLM)1,2,3, דירעקט לאַזער מעטאַל דעפּאַזישאַן4,5,6, עלעקטראָן שטראַל מעלטינג7,8 און אַנדערע9,10, די טיילן קען זיין דעפעקטיוו. דאָס איז דער הויפּט רעכט צו די ספּעציפיש קעראַקטעריסטיקס פון די מאָולטאַן בעקן סאַלידיפיקאַטיאָן פּראָצעס פֿאַרבונדן מיט הויך טערמישע גראַדיענטן, הויך קאָאָלינג ראַטעס, און די קאָמפּלעקסיטי פון היץ סייקאַלז אין צעשמעלצן און רימעלטינג די מאַטעריאַל 11, וואָס פירן צו עפּיטאַקסיאַל קערל וווּקס און באַדייטנד פּאָראָסיטי. 12,13 האָבן געוויזן אַז עס איז נייטיק צו קאָנטראָלירן טערמישע גראַדיענטן, קאָאָלינג ראַטעס, און צומיש זאַץ, אָדער צולייגן נאָך גשמיות שאַקס דורך פונדרויסנדיק פעלדער פון פאַרשידענע פּראָפּערטיעס, אַזאַ ווי אַלטראַסאַונד, צו דערגרייכן פייַן עקוויאַקסעד קערל סטראַקטשערז.
פילע פובליקאציעס זענען באזארגט וועגן דעם עפעקט פון וויבראציע באהאנדלונג אויף דעם סאלידיפיקאציע פראצעס אין קאנווענציאנעלע גיסן פראצעסן14,15. אבער, אנװענדן אן עקסטערנעם פעלד צו א מאסן-שמעלץ פראדוצירט נישט די געװונטשע מאטעריאל מיקראסטרוקטור. אויב דער פארנעם פון דער פליסיגער פאזע איז קליין, ענדערט זיך די סיטואציע דראמאטיש. אין דעם פאל, אפעקטירט דאס עקסטערנע פעלד באדייטנד דעם סאלידיפיקאציע פראצעס. אינטענסיווע קלאנג פעלדער16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, בויגן-אויסדריקן28 און אסצילאציע29, עלעקטראמאגנעטישע עפעקטן בעת ​​געפולסטע פלאזמע בויגן30,31 און אנדערע מעטאדן32 זענען באטראכט געווארן. זיך צובינדן צום סובסטראט מיט אן עקסטערנעם הויך-אינטענסיטעט אולטרסאונד מקור (ביי 20 kHz). די אולטרסאונד-אינדוצירטע קערל-פארפיינערונג ווערט צוגעשריבן צו דער פארגרעסערטער קאנסטיטוטיווער אונטער-קילונג זאנע צוליב דעם פארקלענערטן טעמפעראטור גראדיענט און אולטרסאונד פארבעסערונג צו שאפן נייע קריסטאליטן דורך קאוויטאציע.
אין דעם ארבעט, האבן מיר אויסגעפארשט די מעגלעכקייט צו ענדערן די קערל סטרוקטור פון אוסטעניטישע נישט-ראסטיקע שטאל דורך סאניצירן דעם געשמאָלצן בעקן מיט קלאַנג כוואַליעס דזשענערייטאַד דורך דעם שמעלץ לאַזער אַליין. די אינטענסיטעט מאָדולאַציע פון ​​דער לאַזער ראַדיאַציע וואָס פאַלט אויף דעם ליכט-אַבזאָרבינג מעדיום רעזולטירט אין דער דזשענעריישאַן פון אַלטראַסאַניק כוואַליעס, וואָס ענדערן די מיקראָסטרוקטור פון דעם מאַטעריאַל. די אינטענסיטעט מאָדולאַציע פון ​​לאַזער ראַדיאַציע קען לייכט ינטאַגרירט ווערן אין עקזיסטירנדיקע SLM 3D דרוקערס. די עקספּערימענטן אין דעם ארבעט זענען דורכגעפירט געוואָרן אויף נישט-ראסטיקע שטאל פּלאַטעס וועמענס ייבערפלאַכן זענען אויסגעשטעלט געוואָרן צו אינטענסיטעט-מאָדולירטער לאַזער ראַדיאַציע. אַזוי, טעכניש, ווערט לאַזער ייבערפלאַך באַהאַנדלונג געטאָן. אָבער, אויב אַזאַ לאַזער באַהאַנדלונג ווערט דורכגעפירט אויף דער ייבערפלאַך פון יעדער שיכט, בעת שיכט-ביי-שיכט אויפבוי, ווערן עפֿעקטן אויף דעם גאַנצן באַנד אָדער אויף אויסגעקליבענע טיילן פון דעם באַנד דערגרייכט. מיט אַנדערע ווערטער, אויב דער טייל איז קאָנסטרויִרט שיכט ביי שיכט, איז די לאַזער ייבערפלאַך באַהאַנדלונג פון יעדער שיכט גלייך צו "לאַזער באַנד באַהאַנדלונג".
משא"כ אין אולטראַסאָניק האָרן-באַזירט אולטראַסאָניק טעראַפּיע, די אולטראַסאָניק ענערגיע פון ​​​​די שטייענדיק געזונט כוואַליע איז פאַרשפּרייט איבער די קאָמפּאָנענט, בשעת די לאַזער-ינדוסט אולטראַסאָניק אינטענסיטי איז העכסט קאַנסאַנטרייטאַד לעבן דעם פונט ווו די לאַזער ראַדיאַציע איז אַבזאָרבירט. ניצן אַ סאָנאָטראָדע אין אַ SLM פּודער בעט פיוזשאַן מאַשין איז קאָמפּליצירט ווייַל די שפּיץ ייבערפלאַך פון די פּודער בעט יקספּאָוזד צו די לאַזער ראַדיאַציע זאָל בלייַבן סטאַציאָנאַרי. אין דערצו, עס איז קיין מעטשאַניקאַל דרוק אויף די שפּיץ ייבערפלאַך פון די טייל. דעריבער, די אַקוסטישע דרוק איז נאָענט צו נול און די פּאַרטיקל גיכקייַט האט אַ מאַקסימום אַמפּליטוד איבער די גאנצע שפּיץ ייבערפלאַך פון די טייל. דער געזונט דרוק אין די גאנצע מאָולטאַן בעקן קען נישט יקסיד 0.1% פון די מאַקסימום דרוק דזשענערייטאַד דורך די וועַלדינג קאָפּ, ווייַל די כוואַליע לענג פון אולטראַסאָניק כוואַליעס מיט אַ אָפטקייַט פון 20 kHz אין ומבאַפלעקט שטאָל איז 0.3 m, און די טיפקייַט איז יוזשאַוואַלי ווייניקער ווי 0.3 mm). דעריבער, די ווירקונג פון אולטראַסאָניק אויף קאַוויטאַטיאָן קען זיין קליין.
עס איז וויכטיג צו באַמערקן אַז די נוצן פון אינטענסיטעט-מאָדיאַלירט לאַזער ראַדיאַציע אין דירעקט לאַזער מעטאַל דעפּאַזישאַן איז אַן אַקטיוו געביט פון פאָרשונג 35,36,37,38.
די טערמישע עפֿעקטן פֿון לאַזער שטראַלונג וואָס פֿאַלט אײַן אויפֿן מעדיום זענען די באַזע פֿאַר כּמעט אַלע מאַטעריאַל פּראָצעסינג לאַזער טעקניקס 39, 40, אַזאַ ווי שניידן 41, וועַלדינג, כאַרדאַנינג, דרילינג 42, ייבערפֿלאַך רייניקונג, ייבערפֿלאַך אַללויינג, ייבערפֿלאַך פּאָלירינג 43, אאַז"וו מאַטעריאַלן פּראָצעסינג טעכנאָלאָגיע און צוזאַמענגעפֿאַסטע פֿאָרלעפֿיקע רעזולטאַטן אין פֿילע איבערבליקן און מאָנאָגראַפֿן 44, 45, 46.
עס איז וויכטיג צו באַמערקן אַז יעדע נישט-סטאַציאָנערע אַקציע אויף דעם מעדיום, אַרייַנגערעכנט לאַזער אַקציע אויף דעם אַבזאָרבינג מעדיום, רעזולטירט אין דער עקסייטיישאַן פון אַקוסטישע כוואַליעס אין אים מיט מער אָדער ווייניקער עפעקטיווקייט. אין אָנהייב, איז דער הויפּט פאָקוס געווען אויף דער לאַזער עקסייטיישאַן פון כוואַליעס אין פליסיקייטן און די פֿאַרשידענע טערמישע עקסייטיישאַן מעקאַניזמען פון קלאַנג (טערמישע יקספּאַנשאַן, פֿאַרדאַמפּונג, באַנד ענדערונג בעשאַס פאַזע יבערגאַנג, קאָנטראַקציע, עטק.) 47, 48, 49. פילע מאָנאָגראַפס 50, 51, 52 צושטעלן טעאָרעטישע אַנאַליזעס פון דעם פּראָצעס און זייַנע מעגלעכע פּראַקטישע אַפּליקאַציעס.
די פראבלעמען זענען דערנאך דיסקוטירט געווארן ביי פארשידענע קאנפערענצן, און לאזער עקסייטאציע פון ​​אולטרסאונד האט אנווענדונגען אין ביידע אינדוסטריעלע אנווענדונגען פון לאזער טעכנולוגיע53 און מעדיצין54. דעריבער, קען מען באטראכטן אז דער גרונט קאנצעפט פון דעם פראצעס דורך וועלכן געפולסטע לאזער ליכט אקטן אויף אן אבזארבירנדיקן מעדיום איז שוין געגרינדעט געווארן. לאזער אולטרסאונד אינספעקציע ווערט גענוצט פאר דעפעקט דעטעקציע פון ​​SLM-געמאכטע מוסטערן55,56.
דער עפעקט פון לאַזער-גענערירטע שאָק כוואַליעס אויף מאַטעריאַלן איז די באַזע פון ​​לאַזער שאָק פּינינג57,58,59, וואָס ווערט אויך גענוצט פֿאַר דער ייבערפלאַך באַהאַנדלונג פון אַדאַטיוולי געמאַכטע טיילן60. אָבער, לאַזער שאָק פֿאַרשטאַרקונג איז מערסט עפעקטיוו אויף נאַנאָסעקונד לאַזער פּאַלסיז און מעטשאַניקאַללי לאָודיד סערפאַסיז (למשל, מיט אַ שיכטע פון ​​פליסיק)59 ווייַל מעטשאַניקאַל לאָודינג ינקריסיז שפּיץ דרוק.
עקספערימענטן זענען דורכגעפירט געווארן צו אויספארשן די מעגלעכע ווירקונגען פון פארשידענע פיזישע פעלדער אויף דער מיקראסטרוקטור פון פארפעסטיקטע מאטעריאלן. די פונקציאנעלע דיאגראם פון דער עקספערימענטאלער סעטאַפּ ווערט געוויזן אין פיגור 1. א געפולסטער Nd:YAG האַרט-שטאַט לאַזער וואָס אַרבעט אין פריי-לויפֿנדיקן מאָדע (פּולס געדויער \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) איז גענוצט געוואָרן. יעדער לאַזער פּולס ווערט דורכגעלאָזט דורך אַ סעריע פון ​​נייטראַל געדיכטקייט פילטערס און אַ שטראַל שפּאַלטן פּלאַטע סיסטעם. דעפּענדינג אויף דער קאָמבינאַציע פון ​​נייטראַל געדיכטקייט פילטערס, ווערייִרט די פּולס ענערגיע אויף דער ציל פון \(EL \sim 20~\text {mJ}\) ביז \(EL \sim 100~\text {mJ}\). דער לאַזער שטראַל רעפלעקטירט פון דעם שטראַל שפּאַלטן ווערט געפֿיטערט צו אַ פאָטאָדיאָד פֿאַר סיימאַלטייניאַס דאַטן אַקוויזישאַן, און צוויי קאַלאָרימעטערס (פאָטאָדיאָדעס מיט אַ לאַנגער רעאַקציע צייט וואָס יקסידז \(1~\text {ms}\)) ווערן גענוצט צו באַשטימען דעם אינצידענט צו און רעפלעקטירט פון דער ציל, און צוויי מאַכט מעטערס (פאָטאָדיאָדעס מיט קורצער רעאַקציע). מאָל\(<10~\text {ns}\)) צו באַשטימען אינצידענט און רעפלעקטירט אָפּטיש מאַכט. קאַלאָרימעטערס און מאַכט מעטערס זענען קאַליברירט צו געבן ווערטן אין אַבסאָלוטע וניץ ניצן אַ טערמאָפּייל דעטעקטאָר Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 און אַ דיעלעקטריש שפּיגל מאָנטירט בייַ די מוסטער אָרט. פאָקוס די שטראַל אויף די ציל ניצן אַ לינז (אַנטי-רעפלעקשאַן קאָוטינג בייַ \(1.06 \upmu \text {m}\), פאָקאַל לענג \(160~\text {mm}\)) און אַ שטראַל טאַליע בייַ די ציל ייבערפלאַך 60– \(100~\upmu\text {m}\).
פונקציאָנעלע סכעמאַטישע דיאַגראַמע פון ​​דער עקספּערימענטאַלער סעטאַפּ: 1—לאַזער; 2—לאַזער שטראַל; 3—נייטראַלע געדיכטקייט פילטער; 4—סינקראָניזירטע פאָטאָדיאָדע; 5—שטראַל שפּליטער; 6—דיאַפראַגמע; 7—קאַלאָרימעטער פון אינצידענט שטראַל; 8—קאַלאָרימעטער פון רעפלעקטירטן שטראַל; 9—אינצידענט שטראַל מאַכט מעטער; 10—רעפלעקטירט שטראַל מאַכט מעטער; 11—פאָקוסינג לינז; 12—שפּיגל; 13—מוסטער; 14—ברידבאַנד פּיעזאָעלעקטרישער טראַנסדוסער; 15—2D קאָנווערטער; 16—פּאָזיציאָנירן מיקראָקאָנטראָללער; 17—סינקראָניזאַציע אַפּאַראַט; 18—מולטיקאַנישע דיגיטאַלע אַקוויזיציע סיסטעם מיט פֿאַרשידענע מוסטערונג ראַטעס; 19—פּערזענלעכער קאָמפּיוטער.
אולטראַסאָניק באַהאַנדלונג ווערט דורכגעפירט ווי פאלגנד. דער לאַזער אַרבעט אין פריי-לויפֿנדיקן מאָדע; דעריבער איז די געדויער פֿון דעם לאַזער פּולס ≥ 150 ס״מ, וואָס באַשטייט פֿון קייפל געדויערן פֿון אַרום 1.5 ס״מ יעדער. די צייטלעכע פֿאָרעם פֿון דעם לאַזער פּולס און זײַן ספּעקטרום באַשטייען פֿון אַ נידעריק-פֿרעקווענץ ענוועלאָפּ און אַ הויך-פֿרעקווענץ מאָדולאַציע, מיט אַ דורכשניטלעכער פֿרעקווענץ פֿון אַרום 0.7 מגה-הרץ, ווי געוויזן אין פֿיגור 2. די פֿרעקווענץ ענוועלאָפּ גיט די הייצונג און דערנאָך צעשמעלצן און פֿאַרדאַמפּפֿן דעם מאַטעריאַל, בשעת די הויך-פֿרעקווענץ קאָמפּאָנענט גיט די אולטראַסאָניק ווייבריישאַנז צוליב דעם פֿאָטאָקוסטישן עפֿעקט. די כוואַליעפֿאָרעם פֿון דעם אולטראַסאָניק פּולס וואָס ווערט גענערירט דורך דעם לאַזער ווערט הויפּטזעכלעך באַשטימט דורך דער צייט-פֿאָרעם פֿון דער אינטענסיטעט פֿון דער לאַזער פּולס. עס איז פון \(7~\text {kHz}\) ביז \(2~\text {MHz}\), און די צענטער פרעקווענץ איז \(~ 0.7~\text {MHz}\). אַקוסטישע פּולסן צוליב דעם פאָטאָאַקוסטישן עפֿעקט זענען רעקאָרדירט ​​געוואָרן מיט ברייטבאַנד פּיעזאָעלעקטרישע טראַנסדוסער געמאַכט פֿון פּאָליווינילידען פֿלואָריד פֿילמען. די רעקאָרדירטע כוואַליעפֿאָרעם און איר ספּעקטרום ווערן געוויזן אין פֿיגור 2. עס איז וויכטיק צו באַמערקן אַז די פֿאָרעם פֿון די לאַזער פּולסן איז טיפּיש פֿאַר אַ פֿרײַ-לויפֿנדיקן מאָד לאַזער.
צייטווייליגע פארטיילונג פון לייזער פולס אינטענסיטעט (א) און קלאַנג גיכקייט (ב) אויף דער הינטערשטער ייבערפלאַך פון דעם מוסטער, די ספּעקטראַ (בלויער קורווע) פון אַן איינציקן לייזער פולס (ג) און אַן אַלטראַסאַונד פולס (ד) האָבן דורכשניטלעך איבער 300 לייזער פולסן (רויטער קורווע).
מיר קענען קלאר אונטערשיידן די נידעריק-פרעקווענץ און הויך-פרעקווענץ קאמפאנענטן פון דער אקוסטישער באהאנדלונג וואס קארעספאנדירן צו דער נידעריק-פרעקווענץ ענוועלאפ פון דעם לייזער פולס און די הויך-פרעקווענץ מאדולאציע, בהתאמה. די וועוולענגטס פון די אקוסטישע כוואליעס וואס ווערן גענערירט דורך דעם לייזער פולס ענוועלאפ זענען גרעסער ווי 40 ס״מ; דעריבער, ווערט ערווארטעט אז דער הויפט עפעקט פון די ברייטבאנד הויך-פרעקווענץ קאמפאנענטן פון דעם אקוסטישן סיגנאל אויף דער מיקראסטרוקטור.
די פיזישע פּראָצעסן אין SLM זענען קאָמפּלעקס און פּאַסירן סיימאַלטייניאַסלי אויף פאַרשידענע ספּיישאַל און טעמפּאָראַל סקאַלעס. דעריבער, מולטי-סקאַלע מעטאָדן זענען מערסט פּאַסיק פֿאַר טעאָרעטיש אַנאַליז פון SLM. מאַטעמאַטישע מאָדעלס זאָלן ערשט זיין מולטי-פיזיקאַל. די מעכאַניק און טערמאָפֿיזיק פון אַ מולטיפֿאַזע מעדיום "האַרט-פליסיק צעשמעלץ" ינטעראַקטינג מיט אַן ינערט גאַז אַטמאָספֿערע קענען דעמאָלט זיין יפעקטיוולי דיסקרייבד. די קעראַקטעריסטיקס פון מאַטעריאַל טערמאַל לאָודז אין SLM זענען ווי גייט.
הייצונג און קילונג ראַטעס ביז 10⁶⁶ קוועל/סעקווענץ /סעקווענץ צוליב לאָקאַליזירטער לאַזער באַשטראַלונג מיט מאַכט געדיכטקייטן ביז 10⁶⁶ וואט סענטימעטער².
דער צעשמעלץ-פארשטארקונג ציקל דויערט צווישן 1 און 10 מס, וואס ביישטייערט צו דער שנעלער פארשטארקונג פון דער צעשמעלץ זאָנע בעת קילן.
שנעלע אויפהייצן פון דער מוסטער-איבערפלאך רעזולטירט אין דער פארמאציע פון ​​הויכע טערמאעלאסטישע דרוקן אין דער אויבערפלאך-שיכט. א גענוגנדיקער (ביז 20%) טייל פון דער פּודער-שיכט ווערט שטארק פארדאַמפּט63, וואָס רעזולטירט אין אן נאָך דרוק-לאַסט אויף דער אויבערפלאך אין ענטפער צו לאַזער-אַבלאַציע. דערפֿאַר, די אינדוצירטע שפּאַנונג פארדרייט באַדייטנד די טייל-געאָמעטריע, ספּעציעל לעבן שטיצעס און דינע סטרוקטורעלע עלעמענטן. די הויכע אויפהייצונג-ראַטע אין פּולסירט לאַזער-אַנילינג רעזולטירט אין דער דזשענעריישאַן פון אַלטראַסאַניק-שפּאַנונג-כוואַליעס וואָס פאַרשפּרייטן זיך פון דער אויבערפלאך צום סאַבסטראַט. כּדי צו באַקומען גענויע קוואַנטיטאַטיווע דאַטן וועגן דער לאָקאַלער דרוק און שפּאַנונג-פאַרשפּרייטונג, ווערט דורכגעפירט אַ מעזאָסקאָפּישע סימולאַציע פון ​​דער עלאַסטישער דעפאָרמאַציע-פּראָבלעם קאָניוגירט צו היץ און מאַסע-איבערפיר.
די גאַווערנינג גלייכונגען פון דעם מאָדעל אַרייַננעמען (1) אַנסטאַביל היץ אַריבערפירן גלייכונגען וואו טערמישע קאַנדאַקטיוויטי דעפּענדס אויף פאַזע צושטאַנד (פּודער, צעלאָזן, פּאָליקריסטאַלין) און טעמפּעראַטור, (2) פלוקטואַציעס אין עלאַסטיש דעפאָרמאַציע נאָך קאָנטינעום אַבליישאַן און טערמאָעלאַסטיש יקספּאַנשאַן גלייכונג. די גרענעץ ווערט פּראָבלעם איז באַשטימט דורך עקספּערימענטאַלע באדינגונגען. דער מאָדולאַטעד לאַזער פלאַקס איז דיפיינד אויף דער מוסטער ייבערפלאַך. קאָנוועקטיווע קאָאָלינג כולל קאַנדאַקטיוו היץ וועקסל און עוואַפּאָראַטיוו פלאַקס. דער מאַסע פלאַקס איז דיפיינד באזירט אויף דער חשבון פון די סאַטשערייטאַד פארע דרוק פון די עוואַפּאָרייטינג מאַטעריאַל. די עלאַסטאָפּלאַסטיק דרוק-שפּאַנונג שייכות איז געניצט וואו די טערמאָעלאַסטיש דרוק איז פּראָפּאָרציאָנעל צו די טעמפּעראַטור חילוק. פֿאַר נאָמינאַלע מאַכט \(300~\text {W}\), אָפטקייַט \(10^5~\text {Hz}\), ינטערמיטאַנט קאָואַפישאַנט 100 און \(200~\upmu \text {m}\) פון די עפעקטיוו שטראַל דיאַמעטער.
פיגור 3 ווייזט די רעזולטאטן פון נומערישער סימולאציע פון ​​דער געשמאָלצן זאָנע ניצנדיק אַ מאַקראָסקאָפּישן מאַטעמאַטישן מאָדעל. דער דיאַמעטער פון דער פיוזשאַן זאָנע איז 200~m (100~m ראַדיוס) און 40~m טיף. די סימולאציע רעזולטאטן ווייַזן אַז די ייבערפלאַך טעמפּעראַטור ווערייִרט לאָקאַל מיט צייט ווי 100K צוליב דעם הויכן ינטערמיטאַנטן פאַקטאָר פון דער פּולס מאָדולאַציע. די הייצונג (V_h) און קילונג (V_c) ראַטעס זענען אין דער סדר פון 10^7 און 10^6~K/s), ריספּעקטיוולי. די ווערטן זענען אין גוטער הסכמה מיט אונדזער פריערדיקער אַנאַליז 64. א סדר פון מאַגניטוד חילוק צווישן (V_h) און (V_c) רעזולטירט אין שנעלער איבערהיצונג פון דער ייבערפלאַך שיכט, וואו טערמישע קאַנדאַקשאַן צו דעם סאַבסטראַט איז נישט גענוג צו באַזייַטיקן די היץ. דעריבער, ביי t=26~ די ייבערפלאַך טעמפּעראַטור דערגרייכט אַ שפּיץ פֿון 4800 קעלװין. שטאַרקע פֿאַרדאַמפּונג פֿון דעם מאַטעריאַל קען פֿאַראורזאַכן אַז די מוסטער ייבערפלאַך זאָל ווערן אונטערגעוואָרפֿן צו איבערגעטריבענעם דרוק און זיך אָפּשאָלענען.
נומערישע סימולאציע רעזולטאטן פון שמעלץ זאָנע פון ​​איין לאַזער פּולס ענילינג אויף 316L מוסטער פּלאַטע. די צייט פון די אָנהייב פון די פּולס ביז די טיפקייַט פון די געשמאָלצן בעקן דערגרייכן די מאַקסימום ווערט איז \(180~\upmu\text {s}\). די יסאָטהערם\(T = T_L = 1723~\text {K}\) רעפּרעזענטירט די גרענעץ צווישן די פליסיק און האַרטע פאַזעס. די יסאָבאַרס (געל ליניעס) קאָרעספּאָנדירן צו די ייעלד סטרעס קאַלקיאַלייטיד ווי אַ פונקציע פון ​​טעמפּעראַטור אין די ווייַטער אָפּטיילונג. דעריבער, אין די דאָומיין צווישן די צוויי יסאָליינז (יסאָטהערמס\(T=T_L\) און יסאָבאַרס\(\sigma =\sigma _V(T)\)), די האַרטע פאַזע איז אונטערטעניק צו שטאַרקע מעכאַנישע לאָודז, וואָס קען פירן צו ענדערונגען אין די מיקראָסטרוקטור.
די ווירקונג ווערט ווייטער דערקלערט אין פיגור 4a, וואו דער דרוק לעוועל אין דער געשמאָלצן זאָנע איז אויסגעצייכנט ווי אַ פונקציע פון ​​צייט און דיסטאַנץ פון דער ייבערפלאַך. ערשטנס, די דרוק נאַטור איז פֿאַרבונדן מיט די מאָדולאַציע פון ​​דער לאַזער פּולס אינטענסיטעט באַשריבן אין פיגור 2 אויבן. א מאַקסימום דרוק \text{s}\) פון וועגן \(10~\text {MPa}\) איז באמערקט געוואָרן ביי וועגן \(t=26~\upmu). צווייטנס, די פלוקטואַציע פון ​​דעם לאָקאַלן דרוק ביים קאָנטראָל פּונקט האט די זעלבע אָסצילאַציע קעראַקטעריסטיקס ווי די אָפטקייט פון \(500~\text {kHz}\). דאָס מיינט אַז אַלטראַסאַניק דרוק כוואַליעס ווערן דזשענערייטאַד ביי דער ייבערפלאַך און דאַן פאַרשפּרייטן זיך אין דעם סאַבסטראַט.
די אויסגערעכנטע אייגנשאפטן פון דער דעפארמאציע זאנע לעבן דער שמעלץ זאנע ווערן געוויזן אין פיגור 4ב. לאזער אבלאציע און טערמאעלאסטישער דרוק דזשענערירן עלאַסטישע דעפארמאציע כוואליעס וואָס פאַרשפּרייטן זיך אין דעם סאַבסטראַט. ווי מען קען זען פון דער פיגור, זענען דא צוויי סטאַגעס פון דרוק דזשענעריישאַן. בעת דער ערשטער פאַזע פון ​​\(t < 40~\upmu \text {s}\), שטייגט דער מיזעס דרוק צו \(8~\text {MPa}\) מיט אַ מאָדולאַציע ענלעך צו דעם ייבערפלאַך דרוק. דער דרוק פּאַסירט צוליב לאזער אבלאציע, און קיין טערמאעלאסטישער דרוק איז נישט באמערקט געוואָרן אין די קאָנטראָל פונקטן ווייל די ערשטיקע היץ-באַטראָפענע זאנע איז געווען צו קליין. ווען היץ ווערט דיסיפּירט אין דעם סאַבסטראַט, דזשענערירט דער קאָנטראָל פונקט הויך טערמאעלאסטישער דרוק העכער \(40~\text {MPa}\).
די באקומענע מאָדולירטע דרוק לעוועלס האבן א באדייטנדיקע ווירקונג אויף די האַרט-פליסיק צובינד און קענען זיין דער קאנטראל מעקאניזם וואס רעגולירט דעם סאלידיפיקאציע וועג. די גרייס פון דער דעפארמאציע זאָנע איז 2 ביז 3 מאל גרעסער ווי די פון דער צעשמעלץ זאָנע. ווי געוויזן אין פיגור 3, די לאקאציע פון ​​דער צעשמעלץ יסאָטהערם און די דרוק לעוועל גלייך צו די ייעלד דרוק ווערן פארגליכן. דאס מיינט אז די געפולסטע לייזער באשטראלונג גיט הויכע מעכאנישע לאסטן אין לאקאליזירטע געביטן מיט אן עפעקטיוון דיאַמעטער צווישן 300 און (800 מ) דעפּענדינג אויף די מאָמענטאַנע צייט.
דעריבער, די קאָמפּלעקסע מאָדולאַציע פון ​​די פּולסעד לאַזער אַנילינג פירט צו דעם אַלטראַסאַניק ווירקונג. דער מיקראָסטרוקטור סעלעקציע וועג איז אַנדערש אויב קאַמפּערד צו די SLM אָן אַלטראַסאַניק לאָודינג. דעפאָרמירטע אַנסטאַבילע מקומות פירן צו פּעריאָדישע ציקלען פון קאַמפּרעשאַן און סטרעטשינג אין די האַרטע פאַזע. אזוי, די פאָרמירונג פון נייַע קערל גרענעצן און סובקערל גרענעצן ווערט מעגלעך. דעריבער, די מיקראָסטרוקטוראַל פּראָפּערטיעס קענען זיין בעוואוסטזיניק געביטן, ווי געוויזן אונטן. די באקומען מסקנות צושטעלן די מעגלעכקייט צו פּלאַן אַ פּולס מאָדולאַציע-ינדוסט אַלטראַסאַונד-געטריבן SLM פּראָוטאַטייפּ. אין דעם פאַל, די פּיעזאָעלעקטריק ינדוקטאָר 26 געניצט אַנדערש קען זיין יקסקלודיד.
(א) דרוק אלס א פונקציע פון ​​צייט, אויסגערעכנט ביי פארשידענע דיסטאנצן פון דער ייבערפלאך 0, 20 און 40 מ״מ אויף דער סימעטריע אקס. (ב) צייט-אפהענגיקע וואן מיסעס דרוק אויסגערעכנט אין א הארטער מאטריץ ביי דיסטאנצן 70, 120 און 170 מ״מ פון דער מוסטער ייבערפלאך.
עקספערימענטן זענען דורכגעפירט געווארן אויף AISI 321H נישט-ראסטיקע שטאל פלאטעס מיט דימענסיעס 20 מאל 20 מאל 5 מ"מ. נאך יעדן לאזער פולס, באוועגט זיך די פלאט 50 מ"מ, און די לאזער שטראל טאַליע אויף דער ציל ייבערפלאך איז בערך 100 מ"מ. ביז פינף נאכפאלגנדע שטראל דורכגאנגען ווערן דורכגעפירט אויף דער זעלבער שפּור צו אינדוצירן איבערשמעלצן דעם פארארבעטעטן מאטעריאל פאר קערל ראפינירונג. אין אלע פעלער, איז די איבערגעשמאָלצענע זאָנע געווען סאָניקירט, דעפּענדינג אויף די אָסילאַטאָרישע קאָמפּאָנענט פון דער לאזער ראַדיאַציע. דאָס רעזולטירט אין אַ מער ווי 5-פאַכיקע רעדוקציע אין דורכשניטלעכער קערל שטח. פיגור 5 ווייזט ווי די מיקראָסטרוקטור פון דער לאזער-געשמאָלצענער געגנט ענדערט זיך מיט דער צאָל נאכפאלגנדע איבערשמעלצן ציקלען (דורכגאנגען).
אונטער-דיאַגראַמען (a,d,g,j) און (b,e,h,k) – מיקראָסטרוקטור פון לאַזער-געשמאָלצן געגנטן, אונטער-דיאַגראַמען (c,f,i,l) – שטח-פאַרשפּרייטונג פון קאָלירטע קערלעך. שאָטן רעפּרעזענטירט די פּאַרטיקלען געניצט צו רעכענען דעם היסטאָגראַם. קאָלירן קאָרעספּאָנדירן צו קערלעך געגנטן (זעט די קאָליר-באַר אין דער שפּיץ פון דעם היסטאָגראַם). אונטער-דיאַגראַמען (ac) קאָרעספּאָנדירן צו נישט-באַהאַנדלטן ומבאַפלעקטן שטאָל, און אונטער-דיאַגראַמען (df), (gi), (jl) קאָרעספּאָנדירן צו 1, 3 און 5 ווידער-געשמאָלצן.
זינט די לאַזער פּולס ענערגיע טוישט זיך נישט צווישן די נאכפאלגנדע דורכגאַנגען, איז די טיפקייט פון דער געשמאָלצן זאָנע די זעלבע. אזוי, דער נאכפאלגנדער קאַנאַל "דעקט" אינגאנצן דעם פריערדיקן. אבער, די היסטאָגראַם ווייזט אז די דורכשניטלעכע און מעדיאַן קערל שטח פאַרקלענערט זיך מיט דער שטייגנדיקער צאָל דורכגאַנגען. דאָס קען אָנווייַזן אז דער לאַזער אַקטירט אויף דעם סאַבסטראַט אלא ווי דעם געשמאָלצן מאַטעריאַל.
קערל ראַפינירונג קען זיין געפֿירט דורך שנעל קילן די געשמאָלצן בעקן65. אן אנדער סעריע פון ​​עקספּערימענטן איז דורכגעפירט געוואָרן אין וועלכע די ייבערפלאַכן פון ומבאַפלעקט שטאָל פּלאַטעס (321H און 316L) זענען אויסגעשטעלט געוואָרן צו קאָנטינויִערלעך כוואַליע לאַזער ראַדיאַציע אין אַטמאָספער (פיגור 6) און וואַקוום (פיגור 7). די דורכשניטלעך לאַזער מאַכט (300 W און 100 W, ריספּעקטיוולי) און געשמאָלצן בעקן טיפקייַט זענען נאָענט צו די עקספּערימענטאַל רעזולטאַטן פון די Nd:YAG לאַזער אין פריי-לויפֿן מאָדע. אָבער, אַ טיפּיש קאָלום סטרוקטור איז באמערקט געוואָרן.
מיקראָסטרוקטור פון דער לאַזער-געשמאָלצן געגנט פון אַ קאָנטינויִערלעכן כוואַליע לאַזער (300 וואט קאָנסטאַנטע מאַכט, 200 מם/ס סקען גיכקייט, AISI 321H ומבאַפלעקט שטאָל).
(א) מיקראָסטרוקטור און (ב) עלעקטראָן צוריק-פאַרשפּרייטונג דיפראַקציע בילד פון דער לאַזער צעשמעלץ זאָנע פון ​​וואַקוום קאָנטינואַס כוואַליע לאַזער (קאָנסטאַנט מאַכט 100 וואט, סקאַנינג גיכקייט 200 מם/ס, AISI 316L ומבאַפלעקט שטאָל) \ (\sim 2~\text {mbar}\).
דעריבער, ווערט קלאר געוויזן אז די קאמפליצירטע מאדולאציע פון ​​די לייזער פולס אינטענסיטעט האט א באדייטנדיקן עפעקט אויף די רעזולטירנדיקע מיקראסטרוקטור. מיר גלייבן אז דער עפעקט איז מעכאניש אין נאטור און פאסירט צוליב דער דזשענעראציע פון ​​אולטראסאנישע ווייבראציעס וואס פארשפרייטן זיך פון דער באשטראלטער ייבערפלאך פון דער צעשמעלץ טיף אין דעם מוסטער. ענלעכע רעזולטאטן זענען באקומען געווארן אין 13, 26, 34, 66, 67 ניצנדיק עקסטערנע פּיעזאָעלעקטרישע טראַנסדוסער און סאָנאָטראָדעס וואס צושטעלן הויך-אינטענסיטעט אולטראסאונד אין פארשידענע מאַטעריאַלן, אַרייַנגערעכנט Ti-6Al-4V צומיש 26 און ומבאַפלעקט שטאָל 34, דער רעזולטאַט פון. דער מעגלעכער מעכאניזם ווערט ספּעקולירט ווי פאלגט. אינטענסיווע אולטראסאונד קען פאַראורזאַכן אַקוסטישע קאַוויטאַציע, ווי דעמאַנסטרירט אין אולטראַפאַסט אין סיטו סינטשראָטראָן X-שטראַל בילדגעבונג. דער קאַלאַפּס פון די קאַוויטאַציע בלאָזן דזשענערירט אין קער שאָק כוואַליעס אין די צעשמעלץ מאַטעריאַל, וועמענס פראָנט דרוק דערגרייכט וועגן \(100~\text {MPa}\)69. אזעלכע שאָק כוואַליעס קענען זיין שטאַרק גענוג צו העכערן די פאָרמירונג פון קריטיש-גרייס האַרט-פאַסע קערנס אין פאַרנעם פליסיקייטן, דיסראַפּטינג די טיפּיש קאָלום-קערן סטרוקטור פון שיכט-ביי-שיכט אַדאַטיוו. מאַנופאַקטורינג.
דאָ, מיר פאָרשלאָגן נאָך אַ מעכאַניזם פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר סטרוקטורעל מאָדיפיקאַציע דורך אינטענסיווע סאָניקאַציע. דער מאַטעריאַל גלייך נאָך סאָלידיפיקאַציע איז ביי אַ הויך טעמפּעראַטור נאָענט צו די שמעלץ פונט און האט אַן עקסטרעם נידעריק ייעלד סטרעס. אינטענסיווע אַלטראַסאַניק כוואַליעס קענען פאַרשאַפן פּלאַסטיק לויפן צו טוישן די קערל סטרוקטור פון די הייס מאַטעריאַל נאָר סאָלידיפיצירט. אָבער, פאַרלאָזלעך עקספּערימענטאַל דאַטן אויף די טעמפּעראַטור אָפענגיקייַט פון ייעלד סטרעס זענען בנימצא ביי \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (זען פיגור 8). דעריבער, צו פּרובירן די כייפּאַטאַסאַס, מיר דורכגעפירט מאָלעקולאַר דינאַמיק (MD) סימיאַליישאַנז פון אַ Fe-Cr-Ni קאַמפּאַזישאַן ענלעך צו AISI 316 L שטאָל צו אָפּשאַצן די ייעלד סטרעס נאַטור לעבן די שמעלץ פונט. צו רעכענען די ייעלד סטרעס, מיר געוויינט די MD שער סטרעס רעלאַקסיישאַן טעכניק דיטיילד אין 70, 71, 72, 73. פֿאַר די ינטעראַטאָמישע ינטעראַקשאַן קאַלקולאַטיאָנס, מיר געוויינט די עמבעדיד אַטאָמיש מאָדעל (EAM) פון 74. MD סימיאַליישאַנז זענען דורכגעפירט ניצן LAMMPS קאָודז 75,76. דעטאַילס פון די MD סימיאַליישאַן וועט זיין ארויס אַנדערשוואו. די MD קאַלקולאַציע רעזולטאַטן פון ייעלד סטרעס ווי אַ פונקציע פון ​​טעמפּעראַטור זענען געוויזן אין פיגור 8 צוזאַמען מיט פֿאַראַן עקספּערימענטאַלע דאַטן און אַנדערע עוואַלואַציעס 77,78,79,80,81,82.
ייעלד סטרעס פֿאַר AISI גראַד 316 אַוסטעניטישע ומבאַפלעקט שטאָל און מאָדעל קאַמפּאַזישאַן קעגן טעמפּעראַטור פֿאַר MD סימיאַליישאַנז. עקספּערימענטאַלע מעסטונגען פון רעפֿערענצן: (אַ) 77, (ב) 78, (ג) 79, (ד) 80, (ה) 81. זעט. (ו)82 איז אַן עמפּירישע מאָדעל פון ייעלד סטרעס-טעמפּעראַטור אָפענגיקייט פֿאַר אין-ליניע סטרעס מעסטונג בעשאַס לאַזער-אַסיסטעד אַדאַטיוו מאַנופאַקטורינג. די גרויס-וואָג MD סימיאַליישאַן רעזולטאַטן אין דעם לערנען זענען באַצייכנט ווי \(\vartriangleleft\) פֿאַר אַ דעפעקט-פֿרייַ ינפאַנאַט איין קריסטאַל און \(\vartriangleright\) פֿאַר ענדלעך גריינז גענומען אין חשבון די דורכשניטלעך גריינז גרייס דורך די האַלל-פּעטש באַציִונג דימענסיעס\(ד = 50~\upmu \text {m}\).
מען קען זען אז ביי \(T>1500~\text {K}\) פאלט די ייעלד סטרעס אונטער \(40~\text {MPa}\). פון דער אנדערער זייט, שאַצונגען פאָרויסזאָגן אז די לאַזער-גענערירטע אַלטראַסאַניק אַמפּליטוד איז גרעסער ווי \(40~\text {MPa}\) (זעה בילד 4ב), וואָס איז גענוג צו פאַראורזאַכן פּלאַסטיק פלוס אין דעם הייסן מאַטעריאַל וואָס איז נאָר וואָס פאַרפעסטיקט געוואָרן.
די מיקראָסטרוקטור פאָרמאַציע פון ​​12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) אַוסטעניטישע ומבאַפלעקט שטאָל בעשאַס SLM איז עקספּערימענטאַל אויסגעפאָרשט געוואָרן מיט אַ קאָמפּלעקס אינטענסיטעט-מאָדולירט פּולסירט לאַזער מקור.
א רעדוקציע פון ​​קערל גרייס אין דער לאַזער צעשמעלץ זאָנע איז געפונען געוואָרן צוליב קעסיידערדיקער לאַזער איבערשמעלץ נאָך 1, 3 אָדער 5 פּאַסיז.
מאַקראָסקאָפּישע מאָדעלירונג ווײַזט אַז די געשאַצטע גרייס פֿון דער געגנט וואו אַלטראַסאַניק דעפֿאָרמאַציע קען פּאָזיטיוו אַפֿעקטירן די סאָלידיפֿיקאַציע פֿראָנט איז ביז 1 מ״מ.
דאס מיקראסקאפישע MD מאדעל ווייזט אז די ייעלד סטרענגטה פון AISI 316 אוסטעניטישן ומבאַפלעקטן שטאָל איז באַדייטנד רעדוצירט צו \(40~\text {MPa}\) לעבן דעם שמעלץ פונקט.
די באקומענע רעזולטאטן פֿאָרשלאָגן אַ מעטאָד פֿאַר קאָנטראָלירן די מיקראָסטרוקטור פֿון מאַטעריאַלן ניצנדיק קאָמפּלעקסע מאָדולירטע לאַזער פּראַסעסינג און קען דינען ווי די באַזע פֿאַר שאַפֿן נייע מאָדיפֿיקאַציעס פֿון דער פּולסירטער SLM טעכניק.
ליו, י. און אנדערע. מיקראָסטרוקטורעלע עוואָלוציע און מעכאַנישע אייגנשאַפטן פון אין סיטו TiB2/AlSi10Mg קאָמפּאָזיטן דורך לאַזער סעלעקטיוו מעלטינג [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
גאַאָ, ס. און אַנדערע. רעקריסטאַליזאַציע קערל גרענעץ אינזשעניריע פון ​​לאַזער סעלעקטיוו צעשמעלצן פון 316L ומבאַפלעקט שטאָל [J]. זשורנאַל פון אַלמאַ מאַטער. 200, 366–377. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
טשען, קס. און קיו, סי. אין סיטו אנטוויקלונג פון סענדוויטש מיקראָסטרוקטורן מיט פארבעסערטע דאַקטילאַטי דורך לאַזער ווידערהייצן פון לאַזער-געמאָלצן טיטאַניום אַלויז. וויסנשאַפֿט. רעפּ. 10, 15870. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
אזארניא, א. און אנדערע. צוגעלייגטע פאבריקאציע פון ​​Ti-6Al-4V טיילן דורך לייזער מעטאל דעפאזיציע (LMD): פראצעס, מיקראסטרוקטור און מעכאנישע אייגנשאפטן. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
קומאַראַ, C. און אַנדערע. מיקראָסטרוקטוראַל מאָדעלינג פון לאַזער מעטאַל פּודער דירעקטעד ענערגיע דעפּאַזישאַן פון צומיש 718. לייג צו. מאַנופעקטשור.25, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
בוסי, מ. און אנדערע. פאראמעטרישע נעוטראן בראַג עדזש אימעדזשינג שטודיע פון ​​אדיטיוועלי פאבריצירטע מוסטערן באהאנדלט דורך לייזער שאק פּינינג. וויסנשאפט. רעפ. 11, 14919. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
טאַן, קס. און אַנדערע. גראַדיענט מיקראָסטרוקטור און מעכאַנישע אייגנשאַפטן פון Ti-6Al-4V אַדיטיוולי פאַבריצירט דורך עלעקטראָן שטראַל מעלטינג. אַלמאַ מאַטער זשורנאַל. 97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).