02
Valitut kuviot ja teksti
1. Johdanto: perinteisen laservalmistuksen tuskakohdat ja UVA-LM:n synty
Perinteisessä laservalmistuksessa on kolme keskeistä ongelmaa:
Merkittäviä lämpövirheitä
Äärimmäiset lämpötilagradientit ja nopea jähmettyminen johtavat helposti alkuainesegregaatioon, hauraiden metallien välisten yhdisteiden muodostumiseen, halkeamiin ja jäännösjännitykseen;
Epätasainen{0}}mikrorakenne
Edistyksellisten materiaalien, kuten korkean{0}}entropiametallien (HEA) ja tulenkestävien metalliseosten, käsittelyssä epätasaisia mikrorakenteita, joita hallitsevat pylväsmäiset rakeet, voi esiintyä, mikä vaikuttaa suorituskyvyn vakauteen.
Alhainen prosessitehokkuus
Huono sulatusaltaan juoksevuus johtaa epätasaiseen hiukkasten jakautumiseen (esim. jauhevirran hajaannukseen suunnatussa energialaskeutuksessa).
To address these problems, ultrasonic vibration-assisted laser manufacturing (UVA-LM) emerged – by synchronously applying high-frequency ultrasonic vibration (>20 kHz) laserin kanssa, se hyödyntää "akustista suoratoistoa + kavitaatiota" -kaksoismekanismia sulaaltaan käyttäytymisen ohjaamiseen ja synergistiseen valmistussuorituskykyyn (kuva 1).
2. Ultrasonic Vibration-Assisted Laser Additive Manufacturing (UVA-AM)
UVA-AM:a käytetään ensisijaisesti laserjauhepetifuusiossa (LPBF) ja suunnatussa energiapinnoituksessa (DED), ja sen ydintavoitteena on käsitellä "anisotropiaa" ja "metallurgisia vikoja" lisäainevalmistuksessa.
2.1 Prosessisuunnittelu: Kuinka saavuttaa ultraäänen ja lisäainevalmistuksen tarkka kytkentä?
UVA-LPBF-järjestelmä
(Kuva 4): Pietsosähköinen keraaminen muuntaja tuottaa 40 kHz:n korkeataajuisen -värähtelyn, joka välitetään substraattiin amplitudimuuntajan kautta, jolloin saavutetaan laserskannauksen ja ultraäänivärähtelyn synkronointi (ultraääniteho on säädettävissä, tyypillinen amplitudi on 20 μm);
UVA-DED-järjestelmä
(Kuva 6): Jauhesuihkun liikerataa ohjataan ultraäänivärähtelyllä, mikä luo "ultraääni-hiukkasten kytkentämallin" (ennustetarkkuus 97,7 %), pienentää jauheen dispersiokulmaa 15,3 astetta 14,1 asteeseen ja parantaa jakautumisen tasaisuutta 11,5 %.
2.2 Suorituskyvyn parantaminen: Mikrorakenteen ja mekaanisten ominaisuuksien kaksoisoptimointi
Viljan jalostus
Kun otetaan esimerkkinä korkean lämpötilan-seos GH5188 (kuva 7), UVA-LPBF voi pienentää keskimääräistä raekokoa 80,91 μm:stä 53,02 μm:iin ja tekstuurin intensiteetin arvosta 10,37 MUD (Multiple 6 MUD) ja 6 MUD:n jakautuminen,6 MUD. vähentää merkittävästi mekaanista anisotropiaa;
Parannetut mekaaniset ominaisuudet
Mikrokovuus: GH5188-seoksen keskimääräinen kovuus kasvoi 4,49 % ultraääniavustuksen jälkeen (287,7 HV → 300,6 HV);
Vetoominaisuudet: UVA{0}}DED-käsittelyn jälkeen 1Cr12Ni3MoVN-lejeeringin venymä kasvoi 53,8 % ja lujuuden ja venymän tulo (PSE) kasvoi 52,9 % (kuva 13);
Vian vaimennus
Inconel 718/Ti6Al4V -komposiittimateriaalissa ultraääniavustus voi vähentää metallienvälisten Ti₂Ni -yhdisteiden pitoisuutta 48,3 % ja hilan epäsopivuutta 12,7 %:sta 7,4 %:iin (kuva 9).
3. Ultraäänivärähtely-avusteinen laserpinnoitus (UVA-LC)
Laserpinnoitus (LC) on pintavahvistuksen ydintekniikka, mutta perinteinen LC on altis "vahvistusvaiheiden epätasaiselle jakautumiselle" ja "halkeilulle". Ultraääniohjauksen ansiosta UVA-LC parantaa päällystekerroksen "kovuutta ja kulutuskestävyyttä".
3.1 Laitteen suunnittelu: Ultraäänijärjestelmän resonanssisovitus
UVA{0}}LC-järjestelmän on täytettävä "ultraäänijärjestelmän - substraatti - sulan altaan" resonanssisovitus (kuvat 15, 16):
Ultraäänitaajuus: Tyypillisesti 20 kHz, ultraääniamplitudimuuntajan pituus optimoidaan modaalianalyysillä (115-130 mm), jotta varmistetaan tehokas värähtelyenergian siirto sulaan altaaseen;
Substraatin suunnittelu: Otetaan käyttöön "puoli-aallonpituusrakenne" (kuva 16), ja elementtisimulaatiota (ANSYS) käytetään varmistamaan, että substraatin resonanssitaajuus vastaa ultraäänitaajuutta (virhe < 1 %).
