01
Popieriaus įvadas
Orientuotas energinis nusodinimas (DED)-taip pat žinomas kaip lazerinis dengimas-yra priedų gamybos metodas, kurio metu naudojamas didelės-galios lazeris kartu su bendraašia miltelių padavimo sistema, kad sluoksnis po sluoksnio būtų gaminami metaliniai komponentai. Skirtingai nuo tradicinių liejimo ir apdirbimo procesų, DED nusodintų sluoksnių mechaninės savybės gali labai skirtis dėl nuolatinių apdorojimo parametrų, -pvz., sluoksnio aukščio, nuskaitymo greičio ir lazerio galios{5}}svyravimų gamybos proceso metu. Nepaisant daugybės DED technologijos pažangos, mechaninių savybių,-tokių kaip Youngo modulis ir Puasono koeficientas{9}}, *in{7}}situ* įvertinimo apdorojimo metu tyrimų vis dar nėra daug; dėl to *insitu* stebėjimas ir kokybės užtikrinimas yra ypač svarbūs.
02
**Tyrimo apžvalga**
Šiame tyrime kuriama ne{0}}kontaktinė, in-in situ metodika, skirta medžiagų, apdorotų taikant nukreipto energijos nusodinimo (DED) metodą, mechaninėms savybėms įvertinti. Ši novatoriška technika sujungia femtosekundinį lazerinį ultragarsą su lazeriniu poliravimu, kad būtų galima visiškai ne-kontaktiškai ir nedestruktyviai įvertinti Youngo modulį ir Puasono santykį. Naudodama femtosekundines lazeriu{6}}generuojamas ultragarso bangas nuo GHz iki THz dažnių diapazone, sistema pasiekia sub-mikronų erdvinę skiriamąją gebą ir taip palengvina aukštos-kokybės sluoksnių-pagal{10}}sluoksnių įvertinimą. Siekdama išspręsti ultragarso signalų aptikimo iššūkį esant paviršiaus šiurkštumui, būdingam nusodintiems sluoksniams, tyrėjų komanda taikė in -situ lazerinį poliravimą-, o ne tradicinį mechaninį poliravimą-, kuris žymiai pagerino ultragarso bangų aptikimą. Bandymai, atlikti įvairiomis DED apdorojimo sąlygomis, parodė, kad šiuo metodu įvertintos mechaninės savybės labai atitinka rezultatus, gautus atlikus nepriklausomus tempimo bandymus, atliktus pasibaigus gamybos procesui.
03
**Iliustruota analizė**
1 paveiksle pateikta schematiška bendros darbo eigos, skirtos mechaninių savybių įvertinimo in-situ DED procese, apžvalga. Tai aiškiai iliustruoja pagrindinę procedūrą, -pradedant nuo pagrindo-, kuri nuosekliai užbaigia nusodinto sluoksnio Youngo modulio ir Puasono santykio įvertinimą keturiais skirtingais etapais: 1 veiksme DED procesui atlikti naudojamas DED lazeris, sulydant ir nusodinant metalo miltelius, kad susidarytų maždaug μm storio DED sluoksnis ir 10 mm storio DED sluoksnis; 2 veiksme vėl-paskirtas poliravimo lazeris (kuris gali būti tas pats įrenginys kaip ir DED lazeris), kad būtų atliktas poliravimas lazeriu; perlydant šis procesas sukuria lygų perlydytą sluoksnį ant nusodintos medžiagos paviršiaus, sumažindamas vidutinį aritmetinį šiurkštumą iki maždaug 0,3 μm; 3 veiksme naudojamas femtosekundinis lazeris, skirtas sužadinti ir matuoti ultragarso bangas GHz–THz dažnių diapazone sukietėjusioje srityje po poliravimo; 4 veiksmas įvertina Youngo modulį ir Puasono santykį, pagrįstą išmatuotais ultragarso signalais, kartu su įtempių -įtempimo ryšiais. Diagramoje taip pat pateikiamos atitinkamos anotacijos, pabrėžiančios pagrindinę lazerinę įrangą ir paviršiaus morfologinius pokyčius, susijusius su kiekvienu žingsniu, taip vaizdžiai demonstruojant visiškai ne{14}}kontaktines ir neardomąsias technikos charakteristikas visoje „nusodinimo–poliravimo–aptikimo–įvertinimo“ darbo eigoje.
2 paveiksle pateikta išsami lyginamoji analizė, tirianti lazerinio poliravimo įtaką DED metalo sluoksnių paviršiaus šiurkštumui. Analizė, kurią sudaro trys poskaičiai-(a), (b) ir (c)-, atliekama trimis aspektais: kiekybiniais parametrais, makroskopine morfologija ir mikroskopine topografija, daugiausia dėmesio skiriant optimaliam I pavyzdžiui{12}}11 nustatytam poliravimo parametrų rinkiniui. Paveikslėlyje (a) parodyta kiekybinė paviršiaus šiurkštumo verčių lentelė, atitinkanti 16 skirtingų poliravimo parametrų derinių, apimančių 200–350 W poliravimo galią ir 13–21 mm/s poliravimo greitį. Šioje lentelėje anotuojamos faktinės Ra vertės, išmatuotos po 16 vieno -sluoksnių I bandinio takelių poliravimo, aiškiai identifikuojant 300 W + 18 mm/s derinį kaip optimalų parametrų rinkinį (I-11, Ra=0.31 μm); be to, išryškinamos problemos, susijusios su kitais parametrų diapazonais-konkrečiai, didesnėmis šiurkštumo vertėmis, atsirandančiomis dėl mažos-galios, didelio{21}}greičio derinių, ir polinkį į didelės-galios, mažo-greičio derinius, kurie sukelia paviršiaus bangavimą dėl miltelių išgaravimo. B paveikslėlyje pateikiamas glaudus makroskopinis I-11 bandinio palyginimas prieš ir po poliravimo su optimaliais parametrais, vizualiai parodydamas reikšmingą paviršiaus lygumo ir vienodumo pagerėjimą po poliravimo. Paveikslėlyje (c) pateikiamas lyginamasis optinio mikroskopo vaizdų (nuo 40 μm skalės) vaizdas, rodantis I-11 mėginį po optimalaus poliravimo (kairėje), palyginti su jo nepoliruota būsena (dešinėje); Nepoliruotam paviršiui būdinga daug nesusiliejusių miltelių dalelių, dideli nelygumai ir tamsesnė išvaizda, atsirandanti dėl šviesos sklaidos, o poliruotas paviršius praktiškai neturi nesusiliejusių miltelių, atrodo lygus ir lygus, o šviesos atspindys yra vienodas. Galiausiai šis optimalus parametrų rinkinys sumažino paviršiaus šiurkštumą nuo pradinės 4,2 μm vertės iki 0,31 μm - pagerėjimo rodiklis 93%. Šis trišalis palyginimas, apimantis kiekybinius duomenis, makroskopinę morfologiją ir mikroskopinę topografiją, efektyviai patvirtina lazerinio poliravimo veiksmingumą mažinant DED metalo sluoksnių paviršiaus šiurkštumą, tuo pačiu nustatant optimalius lazerinio poliravimo proceso parametrus.
