02
Изабране слике и текст
1. Увод: Болне тачке традиционалне производње ласера и настанак УВА-ЛМ
Традиционална производња ласера суочава се са три кључна проблема:
Значајни термички недостаци
Екстремни температурни градијенти и брзо очвршћавање лако доводе до сегрегације елемената, стварања крхких интерметалних једињења, пукотина и заосталих напона;
Не-уједначена микроструктура
У обради напредних материјала као што су легуре високе{0}}ентропије (ХЕАс) и ватросталне легуре, склоне су настанку не-неуједначених микроструктура у којима доминирају ступаста зрна, што утиче на стабилност перформанси;
Ниска ефикасност процеса
Слаба флуидност базена талине доводи до неравномерне расподеле честица (нпр. дивергенција струје праха у усмереном депоновању енергије).
To address these problems, ultrasonic vibration-assisted laser manufacturing (UVA-LM) emerged – by synchronously applying high-frequency ultrasonic vibration (>20 кХз) са ласером, користи двоструки механизам „акустично струјање + кавитација“ за контролу понашања базена талине и постизање синергистичког побољшања производних перформанси (Слика 1).
2. Ултразвучна вибрација-Производња адитива уз помоћ ласера (УВА-АМ)
УВА-АМ се првенствено примењује на ласерску фузију слоја праха (ЛПБФ) и усмерено таложење енергије (ДЕД), са основним циљем решавања проблема „анизотропије“ и „металуршких дефеката“ у производњи адитива.
2.1 Дизајн процеса: Како постићи прецизно спајање ултразвука и адитивне производње?
УВА{0}}ЛПБФ систем
(Слика 4): 40 кХз високе-вибрације генерише пиезоелектрични керамички претварач и преноси на подлогу преко амплитудног трансформатора, чиме се постиже синхронизација ласерског скенирања и ултразвучне вибрације (ултразвучна снага је подесива, типична амплитуда20μм);
УВА{0}}ДЕД систем
(Слика 6): Путања млаза праха се контролише ултразвучном вибрацијом, успостављајући „модел спајања ултразвучних-честица“ (тачност предвиђања 97,7%), смањујући угао дисперзије праха са 15,3 степени на 14,1 степен и побољшавајући униформност дистрибуције за 11,5%.
2.2 Побољшање перформанси: Двострука оптимизација микроструктуре и механичких својстава
Граин Рефинемент
Узимајући ГХ5188 високо{1}}легуру као пример (Слика 7), УВА-ЛПБФ може да смањи просечну величину зрна са 80,91 μм на 53,02 μм, а {001} интензитет текстуре са 10,37 МУД (Мултипле Дистрибутион Унитс, МУД66) значајно да смањи анизотропија;
Побољшана механичка својства
Микротврдоћа: Просечна тврдоћа легуре ГХ5188 повећана је за 4,49% након ултразвучне помоћи (287,7 ХВ → 300,6 ХВ);
Затезна својства: Након УВА-ДЕД третмана, издужење легуре 1Цр12Ни3МоВН порасло је за 53,8%, а производ чврстоће и издужења (ПСЕ) је повећан за 52,9% (Слика 13);
Дефект Суппрессион
У композитном материјалу Инцонел 718/Ти6Ал4В, ултразвучна помоћ може смањити садржај Ти₂Ни интерметалних једињења за 48,3%, а неусклађеност решетке са 12,7% на 7,4% (Слика 9).
3. Ултразвучна вибрација-Ласерско облагање (УВА-ЛЦ)
Ласерско облагање (ЛЦ) је основна технологија за површинско јачање, али традиционални ЛЦ је склон „неравномерној расподели фаза ојачања“ и „пуцању“. УВА-ЛЦ, кроз ултразвучну контролу, постиже двоструко побољшање и „тврдоће и отпорности на хабање“ слоја облоге.
3.1 Дизајн апарата: Усклађивање резонанције ултразвучног система
УВА-ЛЦ систем треба да задовољи резонанцију „ултразвучног система - супстрата - растопљеног базена“ (слике 15, 16):
Ултразвучна фреквенција: Типично 20 кХз, дужина ултразвучног амплитудног трансформатора је оптимизована кроз модалну анализу (115-130 мм) да би се обезбедио ефикасан пренос енергије вибрација у растопљени базен;
Дизајн супстрата: Усвојена је „структура са пола-таласне дужине“ (слика 16), а симулација коначних елемената (АНСИС) се користи да би се обезбедило да фреквенција резонанце подлоге одговара ултразвучној фреквенцији (грешка < 1%).
