02
Pasirinktos figūros ir tekstas
1. Įvadas: tradicinės lazerių gamybos skausmingi taškai ir UVA-LM gimimas
Tradicinė lazerių gamyba susiduria su trimis pagrindinėmis problemomis:
Reikšmingi šiluminiai defektai
Ekstremalūs temperatūros gradientai ir greitas kietėjimas lengvai sukelia elementų atsiskyrimą, trapių intermetalinių junginių susidarymą, įtrūkimus ir liekamąjį įtempį;
Ne{0}}vienoda mikrostruktūra
Apdorojant pažangias medžiagas, pvz., didelės-entropijos lydinius (HEA) ir ugniai atsparius lydinius, gali susidaryti ne-vienodos mikrostruktūros, kuriose dominuoja stulpeliniai grūdeliai, o tai turi įtakos veikimo stabilumui;
Žemas proceso efektyvumas
Dėl prasto lydymosi baseino sklandumo dalelės pasiskirsto netolygiai (pvz., miltelių srautas skiriasi nukreipiant energijos nusėdimą).
To address these problems, ultrasonic vibration-assisted laser manufacturing (UVA-LM) emerged – by synchronously applying high-frequency ultrasonic vibration (>20 kHz) su lazeriu, jis naudoja dvigubą „akustinio srauto + kavitacijos“ mechanizmą, kad valdytų lydymosi baseino elgseną ir sinergiškai pagerintų gamybos efektyvumą (1 pav.).
2. Ultragarsinė vibracija-Lazerio priedų gamyba (UVA-AM)
UVA-AM visų pirma taikomas lazerinio miltelių sluoksnio sintezei (LPBF) ir nukreiptam energijos nusodinimui (DED), kurių pagrindinis tikslas – spręsti „anizotropijos“ ir „metalurginių defektų“ priedų gamyboje problemas.
2.1 Proceso projektavimas: kaip pasiekti tikslų ultragarso ir priedų gamybos susiejimą?
UVA-LPBF sistema
(4 pav.): 40 kHz aukšto-dažnio vibracija generuojama pjezoelektriniu keraminiu keitikliu ir perduodama į substratą per amplitudės transformatorių, taip pasiekiamas lazerinio skenavimo ir ultragarso vibracijos sinchronizavimas (ultragarso galia reguliuojama, tipinė amplitudė yra 20 μm);
UVA-DED sistema
(6 pav.): Miltelių srauto trajektorija valdoma ultragarsine vibracija, sukuriant „ultragarso -dalelių sujungimo modelį“ (numatymo tikslumas 97,7 %), sumažinant miltelių sklaidos kampą nuo 15,3 laipsnio iki 14,1 laipsnio ir pagerinant pasiskirstymo tolygumą 11,5 proc.
2.2 Veiklos gerinimas: dvigubas mikrostruktūros ir mechaninių savybių optimizavimas
Grūdų rafinavimas
Pavyzdžiui, GH5188 aukštos temperatūros lydinys (7 pav.), UVA-LPBF gali sumažinti vidutinį grūdėtumo dydį nuo 80,91 μm iki 53,02 μm, o tekstūros intensyvumą – nuo 10,37 MUD (daugialypis, 6 paskirstymas) iki 6 O. žymiai sumažina mechaninę anizotropiją;
Patobulintos mechaninės savybės
Mikrokietumas: vidutinis GH5188 lydinio kietumas padidėjo 4,49 % po ultragarso pagalbos (287,7 HV → 300,6 HV);
Tempimo savybės: po UVA-DED apdorojimo 1Cr12Ni3MoVN lydinio pailgėjimas padidėjo 53,8 %, o stiprumo ir pailgėjimo sandauga (PSE) padidėjo 52,9 % (13 pav.);
Defektų slopinimas
Inconel 718/Ti6Al4V kompozicinėje medžiagoje ultragarsinė pagalba gali sumažinti Ti₂Ni intermetalinių junginių kiekį 48,3%, o gardelės neatitikimą nuo 12,7% iki 7,4% (9 pav.).
3. Ultragarsinė vibracija-Lazerinis apvalkalas (UVA-LC)
Lazerinis dengimas (LC) yra pagrindinė paviršiaus stiprinimo technologija, tačiau tradicinis LC yra linkęs į "netolygų stiprinimo fazių pasiskirstymą" ir "įtrūkimus". UVA-LC, naudojant ultragarsinį valdymą, dvigubai pagerina apvalkalo sluoksnio „kietumą ir atsparumą dilimui“.
3.1 Aparato projektavimas: Ultragarsinės sistemos rezonanso suderinimas
UVA{0}}LC sistema turi atitikti „ultragarso sistemos - substrato - išlydyto baseino“ rezonanso atitiktį (15, 16 pav.):
Ultragarso dažnis: paprastai 20 kHz, ultragarso amplitudės transformatoriaus ilgis optimizuojamas atliekant modalinę analizę (115-130 mm), kad būtų užtikrintas efektyvus vibracijos energijos perdavimas į išlydytą baseiną;
Pagrindo dizainas: taikoma „pusės -bangos ilgio struktūra“ (16 pav.), o baigtinių elementų modeliavimas (ANSYS) naudojamas siekiant užtikrinti, kad substrato rezonanso dažnis atitiktų ultragarso dažnį (klaida < 1 %).
