02
Επιλεγμένα σχήματα και κείμενο
1. Εισαγωγή: The Pain Points of Traditional Laser Manufacturing and the Birth of UVA-LM
Η παραδοσιακή κατασκευή λέιζερ αντιμετωπίζει τρία βασικά προβλήματα:
Σημαντικά θερμικά ελαττώματα
Οι ακραίες διαβαθμίσεις θερμοκρασίας και η ταχεία στερεοποίηση οδηγούν εύκολα σε στοιχειακό διαχωρισμό, σχηματισμό εύθραυστων διαμεταλλικών ενώσεων, ρωγμές και υπολειμματική τάση.
Μη-μη ομοιόμορφη μικροδομή
Κατά την επεξεργασία προηγμένων υλικών, όπως τα κράματα υψηλής{0}εντροπίας (HEAs) και τα πυρίμαχα κράματα, ενδέχεται να εμφανιστούν μη ομοιόμορφες μικροδομές που κυριαρχούνται από στηλώδεις κόκκους, επηρεάζοντας τη σταθερότητα της απόδοσης.
Χαμηλή απόδοση διαδικασίας
Η κακή ρευστότητα της δεξαμενής τήγματος οδηγεί σε ανομοιόμορφη κατανομή σωματιδίων (π.χ. απόκλιση ρεύματος σκόνης στην κατευθυνόμενη εναπόθεση ενέργειας).
To address these problems, ultrasonic vibration-assisted laser manufacturing (UVA-LM) emerged – by synchronously applying high-frequency ultrasonic vibration (>20 kHz) με το λέιζερ, χρησιμοποιεί έναν διπλό μηχανισμό "ακουστικής ροής + σπηλαίωσης" για τον έλεγχο της συμπεριφοράς της λίμνης τήξης και την επίτευξη συνεργικής βελτίωσης της απόδοσης κατασκευής (Εικόνα 1).
2. Υπερηχητική δόνηση-Κατασκευή πρόσθετων λέιζερ με υποβοήθηση (UVA-AM)
Η UVA-AM εφαρμόζεται κυρίως στη σύντηξη κλίνης σκόνης λέιζερ (LPBF) και στην κατευθυνόμενη εναπόθεση ενέργειας (DED), με βασικό στόχο την αντιμετώπιση των ζητημάτων της "ανισοτροπίας" και των "μεταλλουργικών ελαττωμάτων" στην κατασκευή προσθέτων.
2.1 Σχεδιασμός διαδικασίας: Πώς να επιτύχετε ακριβή σύζευξη της κατασκευής υπερήχων και προσθέτων;
Σύστημα UVA-LPBF
(Εικόνα 4): Μια δόνηση υψηλής-συχνότητας 40 kHz δημιουργείται από έναν πιεζοηλεκτρικό κεραμικό μορφοτροπέα και μεταδίδεται στο υπόστρωμα μέσω ενός μετασχηματιστή πλάτους, επιτυγχάνοντας συγχρονισμό της σάρωσης λέιζερ και των κραδασμών υπερήχων (η ισχύς υπερήχων είναι ρυθμιζόμενη, το τυπικό πλάτος 20 μm).
Σύστημα UVA-DED
(Εικόνα 6): Η τροχιά εκτόξευσης σκόνης ελέγχεται με δόνηση υπερήχων, καθιερώνοντας ένα "μοντέλο σύζευξης σωματιδίων υπερήχων" (ακρίβεια πρόβλεψης 97,7%), μειώνοντας τη γωνία διασποράς της σκόνης από 15,3 μοίρες σε 14,1 μοίρες και βελτιώνοντας την ομοιομορφία κατανομής κατά 11,5%.
2.2 Βελτίωση απόδοσης: Διπλή βελτιστοποίηση της μικροδομής και των μηχανικών ιδιοτήτων
Καθαρισμός σιτηρών
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το κράμα υψηλής{1}}θερμοκρασίας GH5188 (Εικόνα 7), το UVA-LPBF μπορεί να μειώσει το μέσο μέγεθος κόκκου από 80,91 μm σε 53,02 μm και την {001} ένταση υφής από 10,37 MUD (Πολλαπλοί προσανατολισμοί 79, σημαντικά MUD69) μείωση της μηχανικής ανισοτροπίας.
Βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες
Μικροσκληρότητα: Η μέση σκληρότητα του κράματος GH5188 αυξήθηκε κατά 4,49% μετά από βοήθεια υπερήχων (287,7 HV → 300,6 HV).
Ιδιότητες εφελκυσμού: Μετά την επεξεργασία με UVA-DED, η επιμήκυνση του κράματος 1Cr12Ni3MoVN αυξήθηκε κατά 53,8% και το προϊόν αντοχής και επιμήκυνσης (PSE) αυξήθηκε κατά 52,9% (Εικόνα 13).
Καταστολή ελαττωμάτων
Στο σύνθετο υλικό Inconel 718/Ti6Al4V, η βοήθεια υπερήχων μπορεί να μειώσει την περιεκτικότητα σε διαμεταλλικές ενώσεις Ti2Ni κατά 48,3% και την αναντιστοιχία του πλέγματος από 12,7% σε 7,4% (Εικόνα 9).
3. Υπερηχητική δόνηση-Υποβοηθούμενη επένδυση λέιζερ (UVA-LC)
Η επένδυση λέιζερ (LC) είναι μια βασική τεχνολογία για την ενίσχυση της επιφάνειας, αλλά η παραδοσιακή LC είναι επιρρεπής σε "άνιση κατανομή των φάσεων ενίσχυσης" και "ρωγμές". Η UVA-LC, μέσω ελέγχου υπερήχων, επιτυγχάνει διπλή βελτίωση τόσο στη "σκληρότητα όσο και στην αντίσταση στη φθορά" του στρώματος επένδυσης.
3.1 Σχεδιασμός συσκευής: Αντιστοίχιση συντονισμού του συστήματος υπερήχων
Το σύστημα UVA-LC πρέπει να ικανοποιεί την αντιστοίχιση συντονισμού του "υπερηχητικού συστήματος - υποστρώματος - λιωμένης δεξαμενής" (Εικόνες 15, 16):
Συχνότητα υπερήχων: Συνήθως 20 kHz, το μήκος του μετασχηματιστή πλάτους υπερήχων βελτιστοποιείται μέσω τροπικής ανάλυσης (115-130 mm) για να διασφαλιστεί η αποτελεσματική μεταφορά της ενέργειας δόνησης στη λιωμένη πισίνα.
Σχεδιασμός υποστρώματος: Υιοθετείται μια "δομή μισού-μήκους κύματος" (Εικόνα 16) και χρησιμοποιείται προσομοίωση πεπερασμένων στοιχείων (ANSYS) για να διασφαλιστεί ότι η συχνότητα συντονισμού του υποστρώματος ταιριάζει με τη συχνότητα υπερήχων (σφάλμα < 1%).
