02
Ffigurau a Thestun Dethol
1. Cyflwyniad: Pwyntiau Poen Gweithgynhyrchu Laser Traddodiadol a Geni UVA-LM
Mae gweithgynhyrchu laser traddodiadol yn wynebu tair problem graidd:
Diffygion thermol sylweddol
Mae graddiannau tymheredd eithafol a chaledu cyflym yn arwain yn hawdd at wahanu elfennol, ffurfio cyfansoddion rhyngfetelaidd brau, craciau, a straen gweddilliol;
Microstrwythur nad yw'n unffurf
Wrth brosesu deunyddiau datblygedig megis aloeon entropi uchel (HEA) ac aloion anhydrin, mae microstrwythurau anffurf sy'n cael eu dominyddu gan ronynnau colofnog yn dueddol o ddigwydd, gan effeithio ar sefydlogrwydd perfformiad;
Effeithlonrwydd proses isel
Mae hylifedd pwll toddi gwael yn arwain at ddosbarthiad gronynnau anwastad (ee, gwahaniaeth llif powdr mewn dyddodiad ynni cyfeiriedig).
To address these problems, ultrasonic vibration-assisted laser manufacturing (UVA-LM) emerged – by synchronously applying high-frequency ultrasonic vibration (>20 kHz) gyda'r laser, mae'n defnyddio mecanwaith deuol "ffrydio acwstig + cavitation" i reoli ymddygiad pwll toddi a chyflawni gwelliant synergyddol perfformiad gweithgynhyrchu (Ffigur 1).
2. Dirgryniad Ultrasonig-Gweithgynhyrchu Ychwanegion Laser â Chymorth (UVA-AM)
Mae UVA{0}}AM yn cael ei gymhwyso'n bennaf i ymasiad gwely powdr laser (LPBF) a dyddodiad ynni cyfeiriedig (DED), gyda'r amcan craidd o fynd i'r afael â materion "anisotropi" a "diffygion metelegol" mewn gweithgynhyrchu ychwanegion.
2.1 Dylunio Proses: Sut i gyflawni union gyplu gweithgynhyrchu uwchsain ac ychwanegion?
UVA-System LPBF
(Ffigur 4): Mae dirgryniad amledd uchel 40 kHz - yn cael ei gynhyrchu gan drawsddygiadur cerameg piezoelectrig a'i drosglwyddo i'r swbstrad trwy drawsnewidydd amplitude, gan gyflawni cydamseriad sganio laser a dirgryniad ultrasonic (mae pŵer ultrasonic yn addasadwy, mae osgled nodweddiadol yn 20 μm);
System UVA-DED
(Ffigur 6): Mae'r taflwybr jet powdr yn cael ei reoli gan ddirgryniad ultrasonic, gan sefydlu "model cyplu gronynnau uwchsain-" (cywirdeb rhagfynegiad 97.7%), gan leihau'r ongl gwasgariad powdr o 15.3 gradd i 14.1 gradd, a gwella unffurfiaeth dosbarthu 11.5%.
2.2 Gwella Perfformiad: Optimeiddio Microstrwythur a Phriodweddau Mecanyddol Deuol
Coethder Grawn
Gan gymryd aloi tymheredd uchel GH5188 fel enghraifft (Ffigur 7), gall UVA-LPBF leihau maint grawn cyfartalog o 80.91 μm i 53.02 μm, a dwysedd gwead {001} o 10.37 MUD (Unedau Lluosog) Dosbarthiad MUD, gan leihau'n sylweddol, Dosbarthiad Unedau Lluosog96. anisotropi;
Priodweddau Mecanyddol Gwell
Microhardness: Cynyddodd caledwch cyfartalog aloi GH5188 4.49% ar ôl cymorth ultrasonic (287.7 HV → 300.6 HV);
Priodweddau tynnol: Ar ôl triniaeth UVA-DED, cynyddodd elongation aloi 1Cr12Ni3MoVN 53.8%, a chynyddodd cynnyrch cryfder ac elongation (ABCh) 52.9% (Ffigur 13);
Atal Diffygion
Mewn deunydd cyfansawdd Inconel 718/Ti6Al4V, gall cymorth ultrasonic leihau cynnwys cyfansoddion rhyngfetelaidd Ti₂Ni 48.3%, a diffyg cyfatebiaeth dellt o 12.7% i 7.4% (Ffigur 9).
3. Dirgryniad Ultrasonic-Caldin Laser â Chymorth (UVA-LC)
Mae cladin laser (LC) yn dechnoleg graidd ar gyfer cryfhau arwynebau, ond mae LC traddodiadol yn dueddol o "ddosbarthiad anwastad o gyfnodau cryfhau" a "cracio." Mae UVA-LC, trwy reolaeth ultrasonic, yn cyflawni gwelliant deuol yn "caledwch a gwrthsefyll traul" yr haen cladin.
3.1 Dyluniad Offer: Cydweddu Cyseiniant y System Uwchsonig
Mae angen i'r system UVA{0}}LC fodloni paru cyseiniant y "system ultrasonic - swbstrad - pwll tawdd" (Ffigurau 15, 16):
Amlder uwchsonig: Yn nodweddiadol 20 kHz, mae hyd y newidydd osgled ultrasonic wedi'i optimeiddio trwy ddadansoddiad moddol (115-130 mm) i sicrhau bod egni dirgryniad yn cael ei drosglwyddo'n effeithlon i'r pwll tawdd;
Dyluniad swbstrad: Mabwysiadir "strwythur hanner-tonfedd" (Ffigur 16), a defnyddir efelychiad elfen gyfyngedig (ANSYS) i sicrhau bod amledd cyseiniant y swbstrad yn cyfateb i'r amledd ultrasonic (gwall < 1%).
