01
Paperin esittely
Laserlisäainevalmistus johtaa usein karkeisiin rakeisiin korkeiden lämpötilagradienttien vuoksi. Perinteinen kontakti{1}}tyyppinen ultraääniapu voi jalostaa rakeita, mutta sillä on kaksi suurta haastetta: Ensinnäkin ultraäänienergia vähenee painokorkeuden kasvaessa, mikä johtaa karkeisiin rakeisiin suurten komponenttien yläosissa. toiseksi korkean intensiteetin{2}}ultraääni voi aiheuttaa kavitaatiovaikutuksia, jotka aiheuttavat helposti huokosvaurioita.
Northwestern Polytechnical Universityn tutkimusryhmä ehdotti kosketuksetonta{0}ultraäänitekniikkaa, jossa ultraäänilaite integroidaan suuttimeen ja ultraääni tuodaan ilmaväliaineen kautta. Tämä menetelmä rikkoo perinteisen uskomuksen, jonka mukaan "rakeiden jalostamisen on perustuttava kavitaatioon", käyttämällä puhtaita akustisia virtaustehosteita tasaisen tiheän, tasakeskeisten raerakenteiden saavuttamiseksi suurten Inconel 718- ja 316L -näytteiden koko korkeudella, mikä parantaa merkittävästi lujuutta ja vastaa suurten komponenttien epätasaisten mikrorakenteiden aiheuttamaan teollisuuden haasteeseen.
02
Yleiskatsaus
Tämän tutkimuksen tavoitteena on käsitellä pullonkauloja, jotka liittyvät epätasaisen mikrorakenteen ja vikojen herkkyyden aiheuttamiin ultraään{0}}-avusteisten lisäaineiden valmistukseen. Tutkimusryhmä kehitti kosketuksettoman ultraäänijärjestelmän, joka liikkuu laserpään mukana varmistaen, että sulateallas saa jatkuvaa energiaa kavitaatiokynnyksen alapuolella.
Kokeet osoittavat, että perinteinen kontaktiultraääni epäonnistuu, kun tulostuskorkeus ylittää 15 mm, kun taas uusi tekniikka säilyttää tasaiset hienorakeet 100 mm:n korkeudella ilman kavitaatiovirheitä. Mekanistiset tutkimukset osoittavat, että matala-intensiteetin ultraääni indusoi korkeataajuista värähtelyvirtausta (akustista virtausta) sulatealtaassa, jolloin kasvavat dendriittivarret käyvät läpi väsymismurtuman ja muodostavat uusia ytimiä, mikä jalostaa rakeita. Tämä löytö korjaa akateemisen yhteisön-yksipuolisen ymmärryksen ultraäänirakeiden jalostusmekanismista ja tarjoaa universaalin ja luotettavan uuden lähestymistavan tehokkaaseen-metallilisäaineiden valmistukseen.
03
Kuvitettu analyysi
Kuvassa 1 on suora vertailu kahdesta teknisestä lähestymistavasta. Kuvassa (a) on esitetty tässä tutkimuksessa ehdotettu ei--kosketustila, jossa ultraäänianturi liikkuu suuttimen mukana varmistaakseen jatkuvan energian syötön; Kuvassa (b) on esitetty perinteinen kontaktitila, jossa ultraääni välittyy substraatin läpi. Suurten -kokoisten näytteiden (f-h) EBSD-tuloksista voidaan nähdä, että kontaktimenetelmä (h) epäonnistuu näytteen yläosassa, jolloin rakeet karkeutuvat pylväsrakenteisiksi; kun taas ei--kosketusmenetelmä (f) säilyttää tasaiset hienojakoiset rakeet koko 100 mm:n korkeudella. Lisäksi kuvien mekaaniset suorituskykytiedot (i-k) osoittavat, että kosketukseton menetelmä (LU) ei ainoastaan paranna merkittävästi lujuutta, vaan osoittaa myös erittäin alhaisen tiedonhajannan, mikä osoittaa prosessin suuren luotettavuuden.
Kuva 2 korostaa matalan intensiteetin-ultraäänen etuja vianhallinnassa. Yksiraitaisen verhouksen morfologia kuvassa (a-i) osoittaa, että kun ultraäänen intensiteetti kasvaa korkealle alueelle, sulamisjäljet osoittavat voimakasta pullistumaa, kuoppia ja jopa epäjatkuvuuksia (i), jotka johtuvat kavitaatiokuplien rajusta romahtamisesta. Sitä vastoin matalan-intensiteetin ultraäänellä (b-e) käsitellyillä sulateradoilla on sileät ja jatkuvat pinnat, jotka ovat verrattavissa tilaan ilman ultraääntä. CT-skannaustulokset (k-p) mittaavat edelleen huokoisuutta; korkean intensiteetin{10}}ultraääni johtaa huokoisuuden nousuun, kun taas tässä tutkimuksessa käytetty matalan intensiteetin ultraääni tuskin lisää huokoisuutta ja varmistaa painettujen osien korkean tiheyden.
04
Yhteenveto
1. Ehdotettu ja onnistuneesti sovellettu kontaktiton matalaintensiteetin-ultraääni-avusteinen laserlisäainevalmistustekniikka, joka välttää tehokkaasti kaksi pääongelmaa, jotka liittyvät perinteiseen suuren-kontaktitehoisen ultraäänitekniikan-epätasaiseen mikrorakenteeseen ja sisäiset viat- suurten metalliosien valmistuksessa;
2. Korjasi mekanistisen tutkimuksen avulla perinteistä yksipuolista ymmärrystä akateemisissa yrityksissä ultraäänirakeiden jalostusmekanismeista osoittaen puhtaan akustisen streaming-vaikutuksen, jossa korkeataajuiset värähtelevät virtaukset aiheuttavat dendriitin väsymismurtuman, mikä saavuttaa merkittävän rakeiden hienostuneen ja homogenisoitumisen;
3. Tämä tekniikka tarjoaa korkean -suorituskyvyn, erittäin yhtenäisen yleisratkaisun eri metallien, kuten Inconel 718 ja 316L, lisäainevalmistukseen.
4. Tutkimustulokset eivät ole pelkästään käytännön arvokkaita lisäainevalmistuksen alalla, vaan ne tarjoavat myös tärkeitä teoreettisia perusteita ja prosessiohjeita muille sulan altaan jähmettymisen prosessiteknologioille, kuten hitsaukselle ja verhoukselle.
