02
Valitud joonised ja tekst
1. Sissejuhatus: traditsioonilise laseri tootmise valupunktid ja UVA-LM sünd
Traditsioonilisel lasertootmisel on kolm peamist probleemi:
Olulised termilised defektid
Äärmuslikud temperatuurigradiendid ja kiire tahkumine põhjustavad kergesti elementide eraldumist, rabedate intermetalliliste ühendite moodustumist, pragusid ja jääkpingeid;
Ebaühtlane{0}}mikrostruktuur
Täiustatud materjalide, nagu kõrge{0}entroopiaga sulamid (HEA) ja tulekindlad sulamid, töötlemisel võivad tekkida ebaühtlased mikrostruktuurid, milles domineerivad sammaskujulised terad, mis mõjutavad jõudluse stabiilsust;
Madal protsessi efektiivsus
Sulamiskogumi halb voolavus põhjustab osakeste ebaühtlast jaotumist (nt pulbrivoo lahknemine suunatud energia sadestumisel).
To address these problems, ultrasonic vibration-assisted laser manufacturing (UVA-LM) emerged – by synchronously applying high-frequency ultrasonic vibration (>20 kHz) laseriga, kasutab see kahekordset mehhanismi "akustiline voogesitus + kavitatsioon", et juhtida sulamiskogumi käitumist ja saavutada sünergiline tootmisvõimsuse parandamine (joonis 1).
2. Ultraheli vibratsioon-Assisted Laser Additive Manufacturing (UVA-AM)
UVA-AM-i kasutatakse peamiselt laserpulberkihtsulandumisel (LPBF) ja suunatud energiasadestusel (DED), mille põhieesmärk on käsitleda anisotroopia ja "metallurgiliste defektide" probleeme lisaainete valmistamisel.
2.1 Protsessi kavandamine: kuidas saavutada ultraheli ja lisandite valmistamise täpne sidumine?
UVA-LPBF süsteem
(Joonis 4): 40 kHz kõrgsageduslik-vibratsioon genereeritakse piesoelektrilise keraamilise muunduriga ja edastatakse substraadile amplituuditrafo kaudu, saavutades laserskaneerimise ja ultrahelivibratsiooni sünkroniseerimise (ultraheli võimsus on reguleeritav, tüüpiline amplituud on 20 μm);
UVA{0}}DED-süsteem
(Joonis 6): pulbrijoa trajektoori juhitakse ultrahelivibratsiooniga, luues "ultraheli-osakeste sidumise mudeli" (ennustustäpsus 97,7%), vähendades pulbri hajumise nurka 15,3 kraadilt 14,1 kraadini ja parandades jaotumise ühtlust 11,5%.
2.2 Toimivuse parandamine: mikrostruktuuri ja mehaaniliste omaduste topeltoptimeerimine
Teravilja rafineerimine
Võttes näiteks kõrge temperatuuriga sulami GH5188 (Joonis 7), võib UVA-LPBF vähendada keskmist terasuurust 80,91 μm-lt 53,02 μm-ni ja tekstuuri intensiivsust 10,37 MUD-lt (Multi,6 MUD) kuni 7 jaotuse,6 MUD-lt. vähendab oluliselt mehaanilist anisotroopiat;
Täiustatud mehaanilised omadused
Mikrokõvadus: GH5188 sulami keskmine kõvadus suurenes pärast ultraheli abi (287,7 HV → 300,6 HV) 4,49% võrra;
Tõmbeomadused: pärast UVA-DED-töötlust suurenes sulami 1Cr12Ni3MoVN venivus 53,8% ning tugevuse ja venivuse korrutis (PSE) suurenes 52,9% (joonis 13);
Defektide summutamine
Inconel 718/Ti6Al4V komposiitmaterjalis võib ultraheli abi vähendada metallidevaheliste Ti₂Ni ühendite sisaldust 48,3% ja võre mittevastavust 12,7%lt 7,4%le (joonis 9).
3. Ultraheli vibratsiooni-abiga laserkatted (UVA-LC)
Laserkatted (LC) on pinna tugevdamise põhitehnoloogia, kuid traditsioonilisel LC-l on kalduvus "tugevdusfaaside ebaühtlasele jaotumisele" ja "pragunemisele". Ultraheli juhtimise abil saavutab UVA-LC kahekordse täiustuse nii kattekihi "kõvaduses kui ka kulumiskindluses".
3.1 Seadme disain: Ultrahelisüsteemi resonantssobitamine
UVA{0}}LC-süsteem peab rahuldama "ultrahelisüsteemi - substraadi - sulakogumi" resonantssobitust (joonised 15, 16):
Ultraheli sagedus: tavaliselt 20 kHz, ultraheli amplituudi trafo pikkus optimeeritakse modaalanalüüsi abil (115–130 mm), et tagada vibratsioonienergia tõhus ülekandmine sulabasseinile;
Substraadi disain: võetakse kasutusele "pool{0}}lainepikkustruktuur" (joonis 16) ja lõplike elementide simulatsiooni (ANSYS) kasutatakse selleks, et tagada substraadi resonantssageduse vastavus ultraheli sagedusele (viga < 1%).
