Ẹ ṣeun fún ṣíbẹ̀wò sí Nature.com. Ẹ̀yà ẹ̀rọ ìṣàwárí tí ẹ ń lò ní àtìlẹ́yìn díẹ̀ fún CSS. Fún ìrírí tí ó dára jùlọ, a gbà yín nímọ̀ràn pé kí ẹ lo ẹ̀rọ ìṣàwárí tí a ti mú gbóná (tàbí kí ẹ pa ipò ìbáramu nínú Internet Explorer). Ní ​​àkókò yìí, láti rí i dájú pé a ń tẹ̀síwájú láti ṣe àtìlẹ́yìn, a ó máa fi ojú-ọ̀nà náà hàn láìsí ìrísí àti JavaScript.
A ṣe àbá ètò tuntun kan tí a gbé kalẹ̀ lórí yíyọ́ lésà tí a yàn láti ṣàkóso ìṣètò kékeré ti àwọn ọjà nínú ìlànà ìṣelọ́pọ́. Ìṣètò náà gbára lé ìṣẹ̀dá àwọn ìgbì ultrasonic oníná gíga nínú adágún yíyọ́ nípasẹ̀ ìtànṣán lésà oníná dídíjú. Àwọn ìwádìí àdánwò àti àwọn ìṣelọ́pọ́ nọ́mbà fihàn pé ìlànà ìṣàkóso yìí ṣeé ṣe ní ti ìmọ̀ ẹ̀rọ àti pé a lè fi sínú ìṣètò àwọn ẹ̀rọ yíyọ́ lésà oníná ìgbàlódé.
Iṣelọpọ afikun (AM) ti awọn ẹya apẹrẹ ti o nipọn ti dagba ni pataki ni awọn ọdun aipẹ. Sibẹsibẹ, laibikita ọpọlọpọ awọn ilana iṣelọpọ afikun, pẹlu yiyan yo lesa (SLM)1,2,3, deposition irin lesa taara4,5,6, yo elekitironi beam yo7,8 ati awọn miiran9,10, Awọn ẹya le jẹ abawọn. Eyi jẹ pataki nitori awọn abuda kan pato ti ilana solidification adagun yo ti o ni nkan ṣe pẹlu awọn gradients ooru giga, awọn oṣuwọn itutu giga, ati idiju ti awọn iyipo alapapo ninu yo ati awọn ohun elo atunṣe11, eyiti o yori si idagbasoke irugbin epitaxial ati porosity pataki12,13. Awọn abajade fihan pe , o ṣe pataki lati ṣakoso awọn gradients ooru, awọn oṣuwọn itutu, ati akojọpọ alloy, tabi lo awọn ipaya ti ara afikun nipasẹ awọn aaye ita ti awọn ohun-ini oriṣiriṣi (fun apẹẹrẹ, ultrasound) lati ṣaṣeyọri awọn eto ọkà ti o dọgba daradara.
Ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìtẹ̀jáde ló ní í ṣe pẹ̀lú ipa ìtọ́jú ìgbọ̀nsẹ̀ lórí ìlànà ìṣọ̀kan nínú àwọn ìlànà ìṣọ̀kan ìbílẹ̀14,15.Ṣùgbọ́n, lílo pápá òde sí àwọn yo tó pọ̀ kò ní mú kí ohun èlò kékeré tó wà nínú rẹ̀ jáde. Tí ìwọ̀n omi bá kéré, ipò náà yípadà gidigidi. Nínú ọ̀ràn yìí, pápá òde ní ipa lórí ìlànà ìṣọ̀kan náà gidigidi. A ti gbé àwọn ipa ẹ̀rọ itanna yẹ̀ wò nígbà tí a bá ń lo pápá ìgbọ́rọ̀ líle16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, ìrọ̀rùn arc28 àti ìyípadà29, àwọn arc plasma pulsed30,31 àti àwọn ọ̀nà míràn32. So mọ́ substrate nípa lílo orísun ultrasound tó lágbára gíga ní ìta (ní 20 kHz). Ìtúnṣe ọkà tí ultrasound fa jẹ́ nítorí agbègbè ìtútù tó pọ̀ sí i nítorí ìdínkù ìwọ̀n otútù àti ìdàgbàsókè ultrasound láti mú kí àwọn crystallites tuntun jáde nípasẹ̀ cavitation.
Nínú iṣẹ́ yìí, a ṣe ìwádìí nípa ṣíṣe àyípadà ìṣètò ọkà ti àwọn irin alagbara austenitic nípa síso adágún tí ó yọ́ pẹ̀lú ìgbì ohùn tí lésà tí ó yọ́ fúnra rẹ̀ ń mú jáde. Ìyípadà agbára ti ìṣẹ̀lẹ̀ ìtànṣán lésà lórí ohun tí ó ń fa ìmọ́lẹ̀ yọrí sí ìṣẹ̀dá àwọn ìgbì ultrasonic, èyí tí ó ń yí ìṣètò kékeré ti ohun èlò náà padà. Ìyípadà agbára yìí ti ìtànṣán lésà le ṣeé ṣe láti ṣepọ sínú àwọn ẹ̀rọ atẹ̀wé SLM 3D tí ó wà tẹ́lẹ̀. Àwọn ìdánwò nínú iṣẹ́ yìí ni a ṣe lórí àwọn àwo irin alagbara tí àwọn ojú wọn fara hàn sí ìtànṣán lésà tí a fi agbára ṣe. Nítorí náà, ní ti ìmọ̀ ẹ̀rọ, a ṣe ìtọ́jú ojú lésà. Síbẹ̀síbẹ̀, tí a bá ṣe irú ìtọ́jú lésà bẹ́ẹ̀ lórí ojú ìpele kọ̀ọ̀kan, nígbà ìkọ́lé ipele-sí-láàyè, àwọn ipa lórí gbogbo iwọn didun tàbí lórí àwọn apá tí a yàn nínú iwọn didun náà ni a ṣe. Ní ọ̀rọ̀ mìíràn, tí a bá kọ́ apá náà ní ipele-sí-láàyè, ìtọ́jú ojú lésà ti ipele kọ̀ọ̀kan dọ́gba pẹ̀lú “ìtọ́jú iwọn didun lésà”.
Nígbàtí ó jẹ́ pé nínú ìtọ́jú ultrasonic tí a fi ìwo ultrasonic ṣe, agbára ultrasonic ti ìgbì ohùn tí ó dúró ni a pín káàkiri gbogbo èròjà náà, nígbàtí agbára ultrasonic tí laser fa jẹ́ kí ó pọ̀ sí i nítòsí ibi tí a ti gba ìtànṣán laser. Lílo sonotrode nínú ẹ̀rọ ìdàpọ̀ lulú SLM jẹ́ ohun tí ó díjú nítorí pé ojú òkè ti ìdùbúlẹ̀ lulú tí a fi hàn sí ìtànṣán laser yẹ kí ó dúró ṣinṣin. Ní àfikún, kò sí ìdàpọ̀ ẹ̀rọ lórí ojú òkè ti apá náà. Nítorí náà, ìdàpọ̀ ohùn súnmọ́ odo àti iyàrá pàtákì náà ní ìwọ̀n gíga jùlọ lórí gbogbo ojú òkè ti apá náà. Ìfúnpọ̀ ohùn nínú gbogbo adágún tí ó yọ́ kò le ju 0.1% ti ìfúnpọ̀ tí ó pọ̀ jùlọ tí orí ìdàpọ̀ náà ń mú jáde, nítorí pé ìgbì omi ultrasonic pẹ̀lú ìgbì 20 kHz nínú irin alagbara jẹ́ \(\sim 0.3~\text {m}\), àti Ìjìnlẹ̀ náà sábà máa ń kéré sí \(\sim 0.3~\text {mm}\).Nítorí náà, ipa ti ultrasound lórí cavitation lè kéré.
Ó yẹ kí a kíyèsí pé lílo ìtànṣán lésà tí a fi agbára ṣe nínú ìtọ́jú irin lésà tààrà jẹ́ agbègbè ìwádìí 35, 36, 37, 38.
Ipa ooru ti iṣẹlẹ itankalẹ lesa lori alabọde ni ipilẹ fun fere gbogbo awọn imuposi lesa 39, 40 fun sisẹ ohun elo, gẹgẹbi gige41, alurinmorin, lile, lilu42, mimọ dada, didan dada, didan dada43, ati bẹbẹ lọ. Iwadi lesa naa ru awọn idagbasoke tuntun soke ninu awọn imuposi ṣiṣe ohun elo, ati pe awọn abajade akọkọ ni a ti ṣe akopọ ninu ọpọlọpọ awọn atunyẹwo ati awọn iwe afọwọkọ44,45,46.
Ó yẹ kí a kíyèsí pé ìgbésẹ̀ èyíkéyìí tí kò dúró lórí ohun èlò náà, títí kan ìgbésẹ̀ lasing lórí ohun èlò tí ń fa omi, yóò yọrí sí ìtara àwọn ìgbì acoustic nínú rẹ̀ pẹ̀lú ìṣiṣẹ́ díẹ̀ tàbí kí ó dínkù. Ní àkọ́kọ́, àfiyèsí pàtàkì wà lórí ìtara lésà ti àwọn ìgbì nínú omi àti onírúurú ọ̀nà ìtara ooru ti ohun (ìfàsẹ́yìn ooru, ìtújáde, ìyípadà iwọn didun nígbà ìyípadà ìpele, ìfàsẹ́yìn, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ) 47, 48, 49. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìwé àkọsílẹ̀ 50, 51, 52 pèsè àwọn ìtúpalẹ̀ ìmọ̀ nípa ìlànà yìí àti àwọn ìlò rẹ̀ tí ó ṣeé ṣe.
Lẹ́yìn náà ni wọ́n jíròrò àwọn ọ̀ràn wọ̀nyí ní onírúurú ìpàdé, àti pé ìtara léṣà ti ultrasound ní àwọn ohun èlò nínú àwọn ohun èlò ilé-iṣẹ́ ti ìmọ̀-ẹ̀rọ léṣà53 àti oògùn54. Nítorí náà, a lè gbà pé a ti fi ìdí èrò ìpìlẹ̀ ìlànà tí ìmọ́lẹ̀ léṣà tí a pulsed ń ṣiṣẹ́ lórí ohun èlò tí ń fa nǹkan mọ́ra múlẹ̀. A ń lo àyẹ̀wò léṣà ultrasonic fún wíwá àbùkù àwọn àpẹẹrẹ tí a ṣe ní SLM55,56.
Ipa ti awọn igbi mọnamọna ti a ṣe nipasẹ lesa lori awọn ohun elo jẹ ipilẹ ti mọnamọna mọnamọna lesa 57,58,59, eyiti a tun lo fun itọju dada ti awọn ẹya ti a ṣe afikun 60. Sibẹsibẹ, agbara mọnamọna lesa munadoko julọ lori awọn pulse lesa nanosecond ati awọn dada ti a fi ẹrọ kun (fun apẹẹrẹ, pẹlu fẹlẹfẹlẹ ti omi)59 nitori fifuye ẹrọ mu titẹ oke pọ si.
Àwọn ìdánwò ni a ṣe láti ṣe ìwádìí àwọn ipa tí onírúurú pápá ara lè ní lórí ìṣètò kékeré ti àwọn ohun èlò tí a ti solid. Àwòrán iṣẹ́ ti ìṣètò ìdánwò náà ni a fihàn ní Àwòrán 1. A lo pulsed Nd:YAG solid-state laser tí ó ń ṣiṣẹ́ ní ipò free-running mode (pulse duration \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )). A ń gba pulse laser kọ̀ọ̀kan kọjá nípasẹ̀ àwọn àlẹ̀mọ́ density neutral àti ètò beam splitter plate. Ní ìbámu pẹ̀lú àpapọ̀ àwọn àlẹ̀mọ́ density neutral, agbára pulse lórí ibi-àfojúsùn yàtọ̀ láti \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) sí \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) . A ń fi pulse laser tí ó farahàn láti inú beam splitter sí photodiode fún gbígbà dátà ní àkókò kan náà, a sì ń lo calorimeters méjì (photodiodes pẹ̀lú àkókò ìdáhùn gígùn tí ó ju \(1~\text {ms}\) lọ) láti pinnu ìṣẹ̀lẹ̀ náà sí àti tí ó farahàn láti ibi-àfojúsùn náà, àti àwọn mita agbára méjì (photodiodes pẹ̀lú ìdáhùn kúkúrú times\(<10~\text {ns}\)) láti mọ ìṣẹ̀lẹ̀ àti agbára ojú tí a fi hàn. A ṣe àtúnṣe àwọn calorimeters àti àwọn mita agbára láti fúnni ní àwọn ìwọ̀n ní àwọn ẹ̀rọ pípé nípa lílo ohun èlò ìwádìí thermopile Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 àti dígí dielectric tí a gbé kalẹ̀ ní ibi tí a fi ṣe àpẹẹrẹ. Fi tàn náà sí ibi tí a fẹ́ lò nípa lílo lẹ́ńsì (Ìbòrí Antireflection ní \(1.06 \upmu \text {m}\), gígùn focal \(160~\text {mm}\)) àti ìbàdí tàn ní ojú ibi tí a fẹ́ lò 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Àwòrán oníṣẹ́-ọnà ti ètò ìdánwò náà: 1—lésà; 2—ìlà lísà; 3—àlẹ̀mọ́ ìwọ̀n àìdọ́gba; 4—fọ́tòdíọ̀dù tí a ṣọ̀kan; 5—ìpínyà ìlà; 6—ìlà lísà; 7—ìlà lísà ìṣẹ̀lẹ̀; 8 – calorimeter ti ìlà lísà ìṣàfihàn; 9 – mita agbára ìlà lísà ìṣẹ̀lẹ̀; 10 – mita agbára ìlà lísà ìṣàfihàn; 11 – lẹ́ńsì ìfojúsùn; 12 – dígí; 13 – àpẹẹrẹ; 14 – transducer piezoelectric broadband; 15 – 2D converter; 16 – microcontroller positioning; 17 – ẹ̀ka ìṣiṣẹ́pọ̀; 18 – ètò ìgbanisíṣẹ́ oní-nọ́ńbà oní-nọ́ńbà oní-nọ́ńbà pẹ̀lú onírúurú ìwọ̀n àyẹ̀wò; 19 – kọ̀ǹpútà ara ẹni.
A ṣe ìtọ́jú Ultrasonic gẹ́gẹ́ bí a ṣe ń ṣe é. Lésà náà ń ṣiṣẹ́ ní ipò tí ó ń ṣiṣẹ́ láìsí ìṣòro; nítorí náà, àkókò tí lílo laser náà yóò fi ṣiṣẹ́ jẹ́ \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), èyí tí ó ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ àkókò tí ó tó nǹkan bíi \(1.5~\upmu \text {s} \) kọ̀ọ̀kan. Apẹrẹ àkókò ti lílo laser àti ìrísí rẹ̀ jẹ́ àpò ìgbóná-ì ... Ó wà láti \(7~\text {kHz}\) sí \ (2~\text {MHz}\), àti ìgbóná àárín náà jẹ́ \(~ 0.7~\text {MHz}\). A gba àwọn ìgbóná acoustic nítorí ipa photoacoustic nípa lílo àwọn transducers piezoelectric broadband tí a ṣe láti inú àwọn fíìmù polyvinylidene fluoride. A fi ìgbì omi tí a gbà sílẹ̀ àti ìrísí rẹ̀ hàn nínú Àwòrán 2. Ó yẹ kí a kíyèsí pé ìrísí àwọn ìgbóná lesa jẹ́ àpẹẹrẹ ti lesa mode free-running.
Pínpínkiri ìgbà díẹ̀ ti agbára ìlù lésà (a) àti iyára ohùn ní ẹ̀yìn àpẹẹrẹ náà (b), ìwòran ìlù lésà (c) àti ìlù sísá (d) ní àròpín lésà tó lé ní 300 (ìlù sísá pupa) fún ìlù lésà kan ṣoṣo (ìlù sísá búlúù).
A le ṣe iyatọ kedere awọn ẹya igbohunsafẹfẹ kekere ati igbohunsafẹfẹ giga ti itọju acoustic ti o baamu si apoowe igbohunsafẹfẹ kekere ti pulse lesa ati iyipada igbohunsafẹfẹ giga, lẹsẹsẹ. Awọn gigun igbi ti awọn igbi acoustic ti apoowe pulse lesa ti o ṣẹda kọja \(40~\text {cm}\); nitorinaa, ipa akọkọ ti awọn ẹya igbohunsafẹfẹ giga ti broadband ti ifihan agbara acoustic lori microstructure ni a reti.
Àwọn ìlànà ara nínú SLM jẹ́ ohun tó díjú, wọ́n sì máa ń wáyé ní àkókò kan náà lórí àwọn ìwọ̀n ààyè àti àkókò tó yàtọ̀ síra. Nítorí náà, àwọn ọ̀nà onípele púpọ̀ ló dára jùlọ fún ìṣàyẹ̀wò ìmọ̀ nípa SLM. Àwọn àpẹẹrẹ ìṣirò gbọ́dọ̀ jẹ́ onípele púpọ̀ ní àkọ́kọ́. Àwọn ẹ̀rọ àti thermophysics ti onípele púpọ̀ “solid-liquid melt” tí ó ń bá afẹ́fẹ́ gaasi tí kò ní agbára ṣiṣẹ́ ṣe ni a lè ṣàlàyé dáadáa. Àwọn ànímọ́ àwọn ẹrù ooru ohun èlò nínú SLM ni àwọn wọ̀nyí.
Iwọn ooru ati itutu titi de \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ nitori ìtànṣán lesa agbegbe pẹlu awọn iwuwo agbara titi de \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Ìyípo yíyọ-sísodipupo naa maa n waye laarin 1 ati \(10~\text {ms}\), eyi ti o n mu ki agbegbe yíyọ naa di mimọ ni kiakia nigba ti o ba tutu.
Gbígbóná kíákíá ti ojú àyẹ̀wò náà máa ń yọrí sí ìṣẹ̀dá àwọn ìfúnpá thermoelastic gíga nínú ìpele ojú ilẹ̀. Apá tó tó (tó 20%) ti ìpele lulú náà ti gbẹ pátápátá63, èyí tí ó ń yọrí sí ẹrù ìfúnpá afikún lórí ojú ilẹ̀ ní ìdáhùn sí ablation laser. Nítorí náà, ìfúnpá tí a fà ń yí ìpele apá náà padà ní pàtàkì, pàápàá jùlọ nítòsí àwọn ìtìlẹ́yìn àti àwọn èròjà ìṣètò tinrin. Ìwọ̀n ìgbóná gíga nínú ìfúnpá laser tí a ti pulsed yọrí sí ìṣẹ̀dá àwọn ìgbì omi ultrasonic tí ó ń tàn kálẹ̀ láti ojú ilẹ̀ sí substrate. Láti lè gba ìwífún iye tó péye lórí ìfúnpá àti ìpínkiri ìfúnpá agbègbè, a ṣe àfarawé mesoscopic ti ìṣòro ìyípadà elastic tí a so pọ̀ mọ́ ooru àti ìyípadà ibi-pupọ.
Àwọn ìṣètò ìṣàkóso ti àwòṣe náà ní (1) àwọn ìṣètò gbigbe ooru tí kò dúró ṣinṣin níbi tí ìṣàn ooru sinmi lórí ipò ìpele (lúúlúù, yíyọ́, polycrystalline) àti ìwọ̀n otútù, (2) àwọn ìyípadà nínú ìyípadà elastic lẹ́yìn ìfàsẹ́yìn ìtẹ̀síwájú àti ìṣètò ìfàsẹ́yìn thermoelastic. Ìṣòro iye ààlà ni a pinnu nípasẹ̀ àwọn ipò ìwádìí. A ṣe àlàyé ìṣàn laser tí a ṣe àtúnṣe lórí ojú àpẹẹrẹ náà. Ìtútù convective ní ìyípadà ooru onídàgba àti ìṣàn evaporative. A ṣe àlàyé ìṣàn ibi-pupọ da lórí ìṣirò ti titẹ ooru tí ó kún fún ohun èlò ìtújáde. A lo ìbáṣepọ̀ stress-strain elastoplastic níbi tí ìdààmú thermoelastic bá ìyàtọ̀ ìwọ̀n otútù mu. Fún agbára nominal \(300~\text {W}\), ìgbìyànjú \(10^5~\text {Hz}\), intermittent coefficient 100 àti \(200~\upmu \text {m}\ ) ti iwọn ila opin beam tí ó munadoko.
Àwòrán 3 fi àwọn àbájáde ìṣelọ́pọ́ nọ́mbà ti agbègbè yíyọ́ nípa lílo àwòṣe macroscopic macroscopic. Ìwọ̀n ìlà opin agbègbè ìfọwọ́sowọ́pọ̀ jẹ́ \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) radius) àti \(40~\upmu \text {m}\) jíjìn. Àwọn àbájáde ìṣelọ́pọ́ náà fihàn pé ìgbóná ojú ilẹ̀ yàtọ̀ síra ní agbègbè pẹ̀lú àkókò gẹ́gẹ́ bí \(100~\text {K}\) nítorí ìdíwọ̀n gíga ti ìyípadà pulse. Àwọn ìwọ̀n ìgbóná \(V_h\) àti ìtútù \(V_c\) wà lórí ìtẹ̀lé \(10^7\) àti \(10^6~\text {K}/\text {s}\), lẹ́sẹẹsẹ. Àwọn ìwọ̀n wọ̀nyí bá ìwádìí wa mu 64. Ìlànà ìtóbi láàrín \(V_h\) àti \(V_c\) máa ń yọ ìpele ojú ilẹ̀ náà kúrò kíákíá, níbi tí ìfàsẹ́yìn ooru sí substrate kò tó láti mú ooru kúrò. Nítorí náà, ní \(t=26~\upmu \text {s}\) iwọn otutu oju ilẹ naa ga soke to \(4800~\text {K}\).Ifagbara ti ohun elo naa le fa ki oju ayẹwo naa wa labẹ titẹ pupọ ati fifọ kuro.
Àwọn àbájáde ìṣesí nọ́mbà ti agbègbè yíyọ́ ti ìfàmọ́ra pulse laser kan ṣoṣo lórí àwo àpẹẹrẹ 316L. Àkókò láti ìbẹ̀rẹ̀ ìfàmọ́ra sí jíjìn adágún yíyọ́ tí ó dé iye tí ó pọ̀ jùlọ ni \(180~\upmu\text {s}\).Isotherm\(T = T_L = 1723~\text {K}\) dúró fún ààlà láàárín àwọn ìpele omi àti àwọn ìpele líle.Àwọn isobars (àwọn ìlà ofeefee) bá wahala èso mu tí a ṣírò gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ti iwọn otutu ní abala tí ó tẹ̀lé.Nítorí náà, ní agbègbè láàrín àwọn isolines méjì (isotherms\(T=T_L\) àti isobars\(\sigma =\sigma _V(T)\)), ìpele líle náà wà lábẹ́ àwọn ẹrù ẹ̀rọ tí ó lágbára, èyí tí ó lè yọrí sí àwọn ìyípadà nínú ìṣètò kékeré.
A tún ṣàlàyé ipa yìí nínú Àwòrán 4a, níbi tí a ti ṣe àfihàn ipele titẹ ní agbègbè yíyọ́ gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ àkókò àti ìjìnnà sí ojú ilẹ̀. Àkọ́kọ́, ìwà titẹ náà ní í ṣe pẹ̀lú ìyípadà agbára ìlù lésà tí a ṣàlàyé nínú Àwòrán 2 lókè. A ṣe àkíyèsí ìtẹ̀sí tó ga jùlọ \text{s}\) ti nǹkan bíi \(t=26~\upmu).Ẹ̀kejì, ìyípadà ti titẹ agbègbè ní ibi ìṣàkóso ní àwọn ànímọ́ ìyípadà kan náà gẹ́gẹ́ bí ìtẹ̀síwájú \(500~\text {kHz}\).Èyí túmọ̀ sí wípé àwọn ìgbì titẹ ultrasonic ni a ń ṣẹ̀dá ní ojú ilẹ̀ náà lẹ́yìn náà a máa ń tànkálẹ̀ sínú substrate náà.
Àwọn ànímọ́ ìṣirò ti agbègbè ìyípadà tí ó wà nítòsí agbègbè yíyọ́ ni a fihàn ní Àwòrán 4b. Ìfàmọ́ra lésà àti ìfàmọ́ra thermoelastic ń mú kí àwọn ìgbì ìyípadà elastic tí ó ń tàn kálẹ̀ sínú substrate náà. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe lè rí i láti inú àwòrán náà, àwọn ìpele méjì ló wà ti ìṣẹ̀dá ìdààmú. Ní àkókò àkọ́kọ́ ti \(t < 40~\upmu \text {s}\), ìdààmú Mises ga sí \(8~\text {MPa}\) pẹ̀lú ìyípadà tí ó jọra pẹ̀lú ìtẹ̀sí ojú ilẹ̀. Ìdààmú yìí ń ṣẹlẹ̀ nítorí ìfàmọ́ra lésà, a kò sì rí ìdààmú thermoelastic kankan nínú àwọn ibi ìṣàkóṣo nítorí pé agbègbè àkọ́kọ́ tí ooru ti kan kéré jù. Nígbà tí ooru bá túká sínú substrate náà, ibi ìṣàkóṣo náà ń mú ìdààmú thermoelastic gíga wá lókè \(40~\text {MPa}\).
Àwọn ìpele wahala tí a yípadà tí a rí ní ipa pàtàkì lórí ìsopọ̀ omi líle àti omi líle, ó sì lè jẹ́ ẹ̀rọ ìṣàkóso tí ó ń ṣàkóso ipa ọ̀nà ìsopọ̀. Ìtóbi agbègbè ìyípadà jẹ́ ìlọ́po méjì sí mẹ́ta ju ti agbègbè ìyọ́ lọ. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 3, a fi ibi tí isotherm yíyọ́ wà àti ipele wahala tí ó dọ́gba pẹ̀lú wahala ìyọrísí wéwéé. Èyí túmọ̀ sí wípé ìtànṣán laser tí a pulsed ń pèsè àwọn ẹrù ẹ̀rọ gíga ní àwọn agbègbè agbègbè pẹ̀lú ìwọ̀n ìlà tí ó munadoko láàrín 300 àti \(800~\upmu \text {m}\) ní ìbámu pẹ̀lú àkókò lẹ́sẹ̀kẹsẹ̀.
Nítorí náà, ìyípadà tó díjú ti ìfàmọ́ra laser pulsed máa ń yọrí sí ipa ultrasonic. Ọ̀nà yíyan microstructure yàtọ̀ síra tí a bá fiwé SLM láìsí ìṣàkójọpọ̀ ultrasonic. Àwọn agbègbè tí kò dúró ṣinṣin tí ó ti bàjẹ́ máa ń yọrí sí àwọn àkókò ìfúnpọ̀ àti fífẹ̀ ní ìpele líle. Nítorí náà, ìṣẹ̀dá àwọn ààlà ọkà tuntun àti àwọn ààlà subgrain di ohun tó ṣeé ṣe. Nítorí náà, a lè mọ̀ọ́mọ̀ yí àwọn ohun ìní microstructural padà, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní ìsàlẹ̀. Àwọn ìparí tí a rí gbà fúnni ní àǹfààní láti ṣe àgbékalẹ̀ àpẹẹrẹ SLM tí ultrasound ń darí tí ó ń fa pulse modulation. Nínú ọ̀ràn yìí, a lè yọ piezoelectric inductor 26 tí a lò níbòmíràn kúrò.
(a) Titẹ gẹgẹbi iṣẹ akoko, ti a ṣe iṣiro ni awọn ijinna oriṣiriṣi lati oju 0, 20 ati \(40~\upmu \text {m}\) ni apa ọna ti iṣọkan.(b) Von Mises ti o da lori akoko Ti ṣe iṣiro wahala ni matrix ti o lagbara ni awọn ijinna 70, 120 ati \(170~\upmu \text {m}\) lati oju ayẹwo.
Àwọn ìdánwò ni a ṣe lórí àwọn àwo irin alagbara AISI 321H pẹ̀lú àwọn ìwọ̀n \(20\times 20\times 5~\text {mm}\).Lẹ́yìn gbogbo ìlù lésà, àwo náà ń lọ \(50~\upmu \text {m}\), àti ìbàdí lésà lórí ojú ibi tí a fẹ́ dé jẹ́ nǹkan bí \(100~\upmu \text {m}\).Títí dé àwọn ìlù márùn-ún tí ó tẹ̀lé e ni a ṣe ní ojú ọ̀nà kan náà láti mú kí ohun èlò tí a ti ṣe iṣẹ́ náà yọ́ padà fún ìtúnṣe ọkà. Ní gbogbo ìgbà, a ti sonicated zone tí a ti yọ́, ó sinmi lórí ohun èlò ìyípadà ti ìtànṣán lésà. Èyí yọrí sí ìdínkù tí ó ju ìlọ́po márùn-ún lọ ní agbègbè ọkà àròpín. Àwòrán 5 fihàn bí microstructure ti agbègbè tí lésà yọ́ ṣe ń yípadà pẹ̀lú iye àwọn ìyípo ìyọ́ tí ó tẹ̀lé e (àwọn ìkọjá).
Àwọn ìpínkiri (a,d,g,j) àti (b,e,h,k) – ìṣètò kékeré ti àwọn agbègbè tí wọ́n ti yọ́ lésà, ìpínkiri (c,f,i,l) – ìpínkiri agbègbè àwọn ọkà aláwọ̀. Ṣíṣàfihàn dúdú dúró fún àwọn èròjà tí a lò láti ṣe ìṣirò histogram. Àwọn àwọ̀ bá àwọn agbègbè ọkà mu (wo ọ̀pá àwọ̀ ní òkè histogram. Àwọn ìpínkiri (ac) bá irin alagbara tí a kò tọ́jú mu, àti ìpínkiri (df), (gi), (jl) bá àwọn ìyọ́padà 1, 3 àti 5 mu.
Nítorí pé agbára ìlù lílà kò yípadà láàárín àwọn ìkọjá tí ó tẹ̀lé e, jíjìn agbègbè yíyọ́ náà jọra. Nítorí náà, ikanni tí ó tẹ̀lé e “bo” èyí tí ó ṣáájú pátápátá. Síbẹ̀síbẹ̀, histogram fihàn pé agbègbè ìwọ̀n àti àárín ọkà dínkù pẹ̀lú iye àwọn ìkọjá tí ó ń pọ̀ sí i. Èyí lè fihàn pé lélà náà ń ṣiṣẹ́ lórí substrate dípò yíyọ́.
Ìtúnṣe ọkà lè jẹ́ nítorí ìtútù kíákíá ti adágún tí ó yọ́ 65. A tún ṣe àwọn àyẹ̀wò mìíràn níbi tí a ti fi àwọn ojú àwọn àwo irin alagbara (321H àti 316L) hàn sí ìtànṣán lésà ìgbì tí ń tẹ̀síwájú nínú afẹ́fẹ́ (Àwòrán 6) àti afẹ́fẹ́ (Àwòrán 7). Agbára lésà àròpín (300 W àti 100 W, lẹ́sẹẹsẹ) àti jíjìn adágún tí ó yọ́ yọ́ súnmọ́ àwọn àbájáde ìdánwò ti lésà Nd:YAG ní ipò tí ó ń ṣiṣẹ́ láìsí ìdíwọ́. Síbẹ̀síbẹ̀, a ṣàkíyèsí ìṣètò ọ̀wọ̀n kan tí ó wọ́pọ̀.
Ìṣètò kékeré ti agbègbè tí a ti yọ́ lésà ti lésà ìgbì tí ń tẹ̀síwájú (agbára tí ó dúró ṣinṣin 300 W, iyára ìṣàyẹ̀wò 200 mm/s, irin alagbara AISI 321H).
(a) Ìṣètò kékeré àti (b) àwọn àwòrán ìyípadà ẹ̀rọ itanna ti agbègbè tí ó yọ́ lésà nínú vacuum pẹ̀lú lésà ìgbì tí ń tẹ̀síwájú (agbára tí ó dúró 100 W, iyára ìṣàyẹ̀wò 200 mm/s, irin alagbara AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Nítorí náà, a fihàn kedere pé ìyípadà tó díjú ti agbára ìṣiṣẹ́ pulse lesa ní ipa pàtàkì lórí ìṣètò kékeré tó ń jáde. A gbàgbọ́ pé ipa yìí jẹ́ ti ẹ̀rọ àti pé ó ń ṣẹlẹ̀ nítorí ìṣẹ̀dá àwọn ìgbìn ultrasonic tó ń tàn kálẹ̀ láti ojú tí a ti tàn kálẹ̀ ti yo jìn sínú àyẹ̀wò náà. Àwọn àbájáde tó jọra ni a rí nínú 13, 26, 34, 66, 67 nípa lílo àwọn transducers piezoelectric ita àti sonotrodes tó ń pèsè ultrasound tó lágbára nínú onírúurú ohun èlò pẹ̀lú alloy Ti-6Al-4V 26 àti irin alagbara 34 àbájáde. A ṣe àgbéyẹ̀wò ìlànà tó ṣeé ṣe gẹ́gẹ́ bí àtẹ̀lé yìí. Ultrasound tó le koko le fa cavitation acoustic, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú ultrafast in situ synchrotron X-ray imaging. Ìwólulẹ̀ àwọn cavitation bubbles ní ọ̀nà yìí ń fa àwọn ìgbìn shock nínú ohun èlò yo ...
Níbí, a dámọ̀ràn ẹ̀rọ mìíràn tó ń ṣe àtúnṣe ìṣètò nípasẹ̀ ìfọ́mọ́ra líle. Lẹ́sẹ̀kẹsẹ̀ lẹ́yìn ìfọ́mọ́ra, ohun èlò náà wà ní iwọ̀n otútù gíga tó sún mọ́ ibi tí ó ti yọ́, ó sì ní ìdààmú ìyọrísí tó kéré gan-an. Àwọn ìgbì ultrasonic tó lágbára lè fa kí ṣíṣàn ṣíṣu yí ìṣètò ọkà ti ohun èlò tó gbóná, tó sì fìdí múlẹ̀ padà. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn ìwádìí tó ṣeé gbẹ́kẹ̀lé lórí ìgbẹ́kẹ̀lé iwọ̀n otútù ti ìdààmú ìyọrísí wà ní \(T\lesssim 1150~\text {K}\) (wo Àwòrán 8). Nítorí náà, láti dán àbá yìí wò, a ṣe àwọn ìṣàpẹẹrẹ molecular dynamics (MD) ti àkópọ̀ Fe-Cr-Ni tó jọ irin AISI 316 L láti ṣe àyẹ̀wò ìwà ìdààmú ìyọrísí nítòsí ibi tí ó ti yọ́. Láti ṣírò ìdààmú ìyọrísí, a lo ọ̀nà ìtura ìfọ́mọ́ra MD shear stress tí a ṣàlàyé nínú 70, 71, 72, 73. Fún àwọn ìṣirò ìbáṣepọ̀ interatomic, a lo Àwòrán Atomic tí a fi sínú 74. A ṣe àwọn ìṣàpẹẹrẹ MD nípa lílo àwọn kódì LAMMPS 75,76. Àwọn àlàyé nípa àwọn ìṣàpẹẹrẹ MD ni a ó tẹ̀ jáde níbòmíràn. Àwọn àbájáde ìṣirò MD ti A fihan wahala ikore gẹgẹbi iṣẹ ti iwọn otutu ni Fig. 8 pẹlu awọn data idanwo ti o wa ati awọn igbelewọn miiran77,78,79,80,81,82.
Fi wahala silẹ fun irin alagbara austenitic ti AISI ipele 316 ati akojọpọ awoṣe dipo iwọn otutu fun awọn iṣeṣiro MD. Awọn wiwọn idanwo lati awọn itọkasi: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81.refer to.(f)82 jẹ awoṣe ti o ni imọ-jinlẹ ti igbẹkẹle wahala-otutu fun wiwọn wahala inu-ila lakoko iṣelọpọ afikun iranlọwọ lesa. Awọn abajade ti awọn iṣeṣiro MD ti o tobi-iwọn ninu iwadi yii ni a tọka si bi \(\vartriangleleft\) fun kristal kan ti ko ni abawọn ati \(\vartriangleright\) fun awọn irugbin opin ni akiyesi iwọn ọkà apapọ nipasẹ ibatan Hall-Petch Awọn iwọn\(d = 50~\upmu \text {m}\).
A le rii pe ni \(T>1500~\text {K}\) wahala ikore naa dinku ni isalẹ \(40~\text {MPa}\). Ni apa keji, awọn iṣiro ṣe asọtẹlẹ pe iwọn ultrasonic ti a ṣe nipasẹ lesa kọja \(40~\text {MPa}\) (wo Fig. 4b), eyiti o to lati fa sisan ṣiṣu ninu ohun elo gbigbona ti o ṣẹṣẹ di mimọ.
A ṣe ìwádìí nípa ìṣẹ̀dá ìṣẹ̀dá ìrísí kékeré ti irin alagbara austenitic 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) nígbà SLM nípa lílo orísun lésà onípele-gíga tí a fi agbára ṣe.
A rí ìdínkù nínú ìwọ̀n ọkà ní agbègbè yíyọ́ lésà nítorí ìtún-yọ́ lésà tí ó ń bá a lọ lẹ́yìn ìgbà 1, 3 tàbí 5.
Àwòrán ìṣàfihàn macroscopic fihàn pé ìwọ̀n tí a ṣírò ní agbègbè tí ìyípadà ultrasonic lè ní ipa rere lórí iwájú ìdúróṣinṣin jẹ́ tó \(1~\text {mm}\).
Àwòrán MD oníhòhò fihàn pé agbára ìbísí ti irin alagbara AISI 316 austenitic ti dínkù sí \(40~\text {MPa}\) nítòsí ibi tí ó ti ń yọ́.
Àwọn àbájáde tí a rí dámọ̀ràn ọ̀nà kan fún ṣíṣàkóso ìṣètò kékeré ti àwọn ohun èlò nípa lílo ìṣiṣẹ́ lésà onípele tí a ṣe àtúnṣe, ó sì lè ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí ìpìlẹ̀ fún ṣíṣẹ̀dá àwọn àtúnṣe tuntun ti ọ̀nà SLM tí a pulsed.
Liu, Y. àti àwọn ẹlòmíràn. Ìyípadà microstructural àti àwọn ànímọ́ ẹ̀rọ ti in situ TiB2/AlSi10Mg composites nípasẹ̀ yíyọ laser selective yo [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. àti àwọn ẹlòmíràn. Ìmọ̀ ẹ̀rọ àtúnṣe ọkà ààlà ti yíyọ́ lésà ti irin alagbara 316L [J]. Ìwé ìròyìn Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Ìdàgbàsókè àwọn ohun èlò kékeré sandwich pẹ̀lú agbára ìṣiṣẹ́ tí ó pọ̀ sí i nípa ṣíṣe àtúnṣe laser ti àwọn alloys titanium tí a ti yọ́ lésà.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. àti àwọn ẹlòmíràn. Ṣíṣe àfikún àwọn ẹ̀yà Ti-6Al-4V nípasẹ̀ ìdènà irin léésà (LMD): ìlànà, ìṣètò kékeré àti àwọn ohun ìní ẹ̀rọ. J. Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. àti àwọn ẹlòmíràn. Àwòrán kékeré ti ìṣàfihàn agbára lésà irin tí a darí láti fi lílo Alloy 718. Fi kún un.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. àti àwọn ẹlòmíràn. Ìkẹ́kọ̀ọ́ Oníyàwòrán Bragg Edge ti Àwọn Àpẹẹrẹ Afikún tí a Ṣe ní Ìtọ́jú pẹ̀lú Ìdààmú Lésà Peening.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. àti àwọn ẹlòmíràn. Ìṣètò kékeré onípele-gíga àti àwọn ohun ìní ẹ̀rọ ti Ti-6Al-4V tí a fi àfikún ṣe nípasẹ̀ yíyọ́ ìtànṣán elekitironi. Ìwé ìròyìn Alma Mater.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).