01
Εισαγωγή χαρτιού
Η Κατευθυνόμενη Εναπόθεση Ενέργειας (DED)-γνωστή και ως επένδυση με λέιζερ-είναι μια τεχνική κατασκευής πρόσθετων που χρησιμοποιεί ένα λέιζερ υψηλής ισχύος-σε συνδυασμό με ένα ομοαξονικό σύστημα τροφοδοσίας σκόνης για την κατασκευή μεταλλικών εξαρτημάτων στρώμα προς στρώμα. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές διαδικασίες χύτευσης και κατεργασίας, οι μηχανικές ιδιότητες των αποτιθέμενων στρωμάτων στο DED μπορεί να διαφέρουν σημαντικά λόγω της συνεχούς διακύμανσης των παραμέτρων επεξεργασίας-όπως το ύψος του στρώματος, η ταχύτητα σάρωσης και η ισχύς λέιζερ-κατά τη διαδικασία κατασκευής. Παρά τις πολυάριθμες προόδους που έχουν επιτευχθεί στην τεχνολογία DED, η έρευνα για την *in{7}}επιτόπου* αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων-όπως ο συντελεστής του Young και ο λόγος του Poisson-κατά την επεξεργασία παραμένει σπάνια. αυτό καθιστά την *in{10}}επιτόπου* παρακολούθηση και τη διασφάλιση ποιότητας ιδιαίτερα κρίσιμες.
02
**Επισκόπηση μελέτης**
Αυτή η μελέτη αναπτύσσει μια-τεχνική επί τόπου, χωρίς επαφή, για την αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών που υποβάλλονται σε επεξεργασία μέσω της μεθόδου κατευθυνόμενης εναπόθεσης ενέργειας (DED). Αυτή η καινοτόμος τεχνική ενσωματώνει υπερήχους λέιζερ femtosecond με στίλβωση με λέιζερ για να επιτρέψει μια εντελώς μη-απαίτηση και μη{4}}αξιολόγηση του συντελεστή του Young και του λόγου Poisson. Χρησιμοποιώντας κύματα υπερήχων που δημιουργούνται με λέιζερ femtosecond-στο εύρος συχνοτήτων GHz έως THz, το σύστημα επιτυγχάνει χωρική ανάλυση μικρότερου-μικρονίου, διευκολύνοντας έτσι την αξιολόγηση υψηλής ποιότητας-ανά{10}}στρώματος. Για να αντιμετωπίσει την πρόκληση της ανίχνευσης υπερηχητικών σημάτων ανάμεσα στην τραχύτητα επιφάνειας που είναι εγγενής στα στρώματα που έχουν αποτεθεί, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε-στίλβωση λέιζερ επιτόπου-αντί για την παραδοσιακή μηχανική στίλβωση-που ενίσχυσε σημαντικά την ανιχνευσιμότητα των υπερηχητικών κυμάτων. Δοκιμές που διεξήχθησαν υπό διάφορες συνθήκες επεξεργασίας DED έδειξαν ότι οι μηχανικές ιδιότητες που αξιολογήθηκαν με αυτήν την τεχνική εμφανίζουν υψηλό βαθμό συνέπειας με τα αποτελέσματα που λαμβάνονται από ανεξάρτητες δοκιμές εφελκυσμού που πραγματοποιήθηκαν μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας κατασκευής.
03
**Εικονογραφημένη ανάλυση**
Το Σχήμα 1 παρουσιάζει μια σχηματική επισκόπηση της συνολικής ροής εργασιών για την επί τόπου τεχνική αξιολόγησης μηχανικών ιδιοτήτων στη διαδικασία DED. Παρουσιάζει ξεκάθαρα τη διαδικασία του πυρήνα-που ξεκινά από το υπόστρωμα-η οποία ολοκληρώνει διαδοχικά την εκτίμηση του συντελεστή Young και της αναλογίας Poisson της αποτιθέμενης στρώσης μέσω τεσσάρων διακριτών βημάτων: Το βήμα 1 χρησιμοποιεί το λέιζερ DED για να εκτελέσει τη διαδικασία εναποθέτησης DED και να σχηματίσει μια στρώση σκόνης μετάλλου για να σχηματίσει μια στρώση DED. πάχος περίπου 100 μm. Το Βήμα 2 re-χρησιμοποιεί ένα λέιζερ στίλβωσης (το οποίο μπορεί να είναι η ίδια συσκευή με το λέιζερ DED) για την εκτέλεση γυαλίσματος με λέιζερ. Μέσω της επανατήξης, αυτή η διαδικασία δημιουργεί ένα ομαλό επαναλειωμένο στρώμα στην επιφάνεια του αποτιθέμενου υλικού, μειώνοντας την αριθμητική μέση τραχύτητα σε περίπου 0,3 μm. Το βήμα 3 χρησιμοποιεί ένα λέιζερ femtosecond για να διεγείρει και να μετρήσει τα υπερηχητικά κύματα εντός του εύρους συχνοτήτων GHz–THz εντός της στερεοποιημένης περιοχής μετά τη στίλβωση. Το βήμα 4 εκτιμά το μέτρο του Young και το λόγο Poisson με βάση τα μετρημένα υπερηχητικά σήματα, σε συνδυασμό με τις σχέσεις τάσεων{12}}. Το διάγραμμα περιλαμβάνει επίσης αντίστοιχους σχολιασμούς που υπογραμμίζουν τον βασικό εξοπλισμό λέιζερ και τις επιφανειακές μορφολογικές αλλαγές που σχετίζονται με κάθε βήμα, παρέχοντας έτσι μια οπτική επίδειξη των πλήρως μη{14}}μη{14}}απαφών και μη{15}}καταστροφικών χαρακτηριστικών της τεχνικής σε ολόκληρη τη ροή εργασίας "απόθεση-γυάλισμα-ανίχνευση-εκτίμηση".
Το Σχήμα 2 παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη συγκριτική ανάλυση που διερευνά την επίδραση της στίλβωσης με λέιζερ στην τραχύτητα της επιφάνειας των μεταλλικών στρωμάτων DED. Αποτελώντας τρεις υποσχήματα-(α), (β) και (γ)-η ανάλυση διεξάγεται σε τρεις διαστάσεις: ποσοτικές παραμέτρους, μακροσκοπική μορφολογία και μικροσκοπική τοπογραφία, με κεντρική εστίαση στο βέλτιστο σύνολο παραμέτρων στίλβωσης που προσδιορίζονται για το δείγμα I-11. Η υποεικόνα (α) εμφανίζει έναν ποσοτικό πίνακα τιμών τραχύτητας επιφάνειας που αντιστοιχούν σε 16 διαφορετικούς συνδυασμούς παραμέτρων στίλβωσης, εκτεινόμενης ισχύος στίλβωσης 200–350 W και ταχύτητες στίλβωσης 13–21 mm/s. Αυτός ο πίνακας σχολιάζει τις πραγματικές τιμές Ra που μετρήθηκαν μετά τη στίλβωση 16 μονού-κομματιών μονής στρώσης στο δείγμα I, προσδιορίζοντας σαφώς τον συνδυασμό 300 W + 18 mm/s ως το βέλτιστο σύνολο παραμέτρων (I-11, Ra=0.31 μm). Επιπλέον, επισημαίνει ζητήματα που σχετίζονται με άλλα εύρη παραμέτρων-συγκεκριμένα, υψηλότερες τιμές τραχύτητας που προκύπτουν από συνδυασμούς χαμηλής-ισχύς, υψηλής-ταχύτητας και την τάση για συνδυασμούς υψηλής-ισχύς, χαμηλής-ταχύτητας για την πρόκληση κυματισμού της επιφάνειας της σκόνης. Η υποεικόνα (β) παρουσιάζει μια κοντινή μακροσκοπική σύγκριση του δείγματος I-11 πριν και μετά τη στίλβωση με τις βέλτιστες παραμέτρους, επιδεικνύοντας οπτικά μια σημαντική βελτίωση στην επιπεδότητα και την ομοιομορφία της επιφάνειας μετά τη διαδικασία στίλβωσης. Η υποεικόνα (γ) παρέχει μια συγκριτική άποψη εικόνων οπτικού μικροσκοπίου (σε σταθερή κλίμακα 40 μm) που δείχνει το δείγμα I-11 μετά από βέλτιστη στίλβωση (αριστερά) έναντι της μη γυαλισμένης κατάστασής του (δεξιά). η μη γυαλισμένη επιφάνεια χαρακτηρίζεται από πληθώρα σωματιδίων μη συγχωνευμένης σκόνης, σημαντική ανομοιομορφία και πιο σκούρα εμφάνιση που προκύπτει από τη σκέδαση του φωτός, ενώ η γυαλισμένη επιφάνεια είναι ουσιαστικά απαλλαγμένη από μη συντηγμένη σκόνη, φαίνεται επίπεδη και λεία και παρουσιάζει ομοιόμορφη ανάκλαση φωτός. Τελικά, αυτό το βέλτιστο σύνολο παραμέτρων μείωσε την τραχύτητα της επιφάνειας από μια αρχική τιμή 4,2 μm σε 0,31 μm - ρυθμός βελτίωσης 93%. Μέσω αυτής της τριμερούς σύγκρισης που περιλαμβάνει ποσοτικά δεδομένα, μακροσκοπική μορφολογία και μικροσκοπική τοπογραφία, το σχήμα επικυρώνει αποτελεσματικά την αποτελεσματικότητα της στίλβωσης με λέιζερ στη μείωση της επιφανειακής τραχύτητας των μεταλλικών στρωμάτων DED, ενώ ταυτόχρονα καθορίζει τις βέλτιστες παραμέτρους διεργασίας για στίλβωση με λέιζερ.
