01
Papir Uvod
Laserska aditivna proizvodnja pogosto povzroči groba zrna zaradi visokih temperaturnih gradientov. Tradicionalna kontaktna{1}}ultrazvočna pomoč lahko prečisti zrna, vendar se sooča z dvema velikima izzivoma: prvič, ultrazvočna energija se zmanjšuje, ko se višina tiskanja povečuje, kar vodi do grobih zrn na vrhovih velikih komponent; drugič, visoko{2}}ultrazvok lahko povzroči učinke kavitacije, ki zlahka ustvarijo napake v porah.
Raziskovalna skupina s Northwestern Polytechnical University je predlagala brez{0}}kontaktno ultrazvočno tehnologijo, ki združuje ultrazvočno napravo s šobo in uvaja ultrazvok skozi zračni medij. Ta metoda lomi tradicionalno prepričanje, da mora "prečiščevanje zrn temeljiti na kavitaciji", z uporabo čistih akustičnih pretočnih učinkov za doseganje enakomerno gostih finih enakoosnih zrnatih struktur po vsej polni višini velikih vzorcev Inconel 718 in 316L, kar znatno izboljša trdnost in obravnava industrijski izziv neenakomernih mikrostruktur v velikih komponentah.
02
Pregled
Namen te študije je obravnavati ozka grla neenakomerne mikrostrukture in občutljivosti na napake pri -ultrazvočno podprti aditivni proizvodnji. Raziskovalna skupina je razvila brez{2}}kontaktni ultrazvočni sistem, ki se premika skupaj z lasersko glavo in zagotavlja, da bazen taline prejme stalen vnos energije pod pragom kavitacije.
Poskusi kažejo, da tradicionalni kontaktni ultrazvok odpove, ko višina tiskanja preseže 15 mm, medtem ko nova tehnologija ohranja enotna drobna zrna znotraj višine 100 mm, brez kavitacijskih napak. Mehanske študije kažejo, da nizko{3}}intenzivni ultrazvok inducira visoko{4}}frekvenčni nihajni tok (akustično pretakanje) v bazenu taline, kar povzroči, da se rastoči dendritni kraki lomijo zaradi utrujenosti in tvorijo nova jedra, s čimer prečistijo zrna. To odkritje popravlja enostransko-razumevanje akademske skupnosti mehanizma za rafiniranje zrn z ultrazvokom in zagotavlja univerzalen in zanesljiv nov pristop za visoko{7}}zmogljivo proizvodnjo kovinskih dodatkov.
03
Ilustrirana analiza
Slika 1 prikazuje neposredno primerjavo obeh tehničnih pristopov. Slika (a) prikazuje brez{2}}kontaktni način, predlagan v tej študiji, kjer se ultrazvočni pretvornik premika s šobo, da se zagotovi stalen vnos energije; Slika (b) prikazuje tradicionalni kontaktni način, kjer se ultrazvok prenaša skozi substrat. Iz rezultatov EBSD za velike -vzorce (f-h) je razvidno, da kontaktna metoda (h) ne uspe v zgornjem delu vzorca, pri čemer se zrna zgrobijo v stebraste strukture; medtem ko brez{6}}kontaktna metoda (f) ohranja enotna fina enakoosna zrna po celotni višini 100 mm. Poleg tega podatki o mehanski zmogljivosti na slikah (i-k) kažejo, da brez{10}}kontaktna metoda (LU) ne samo bistveno izboljša trdnost, ampak tudi kaže zelo nizko razpršenost podatkov, kar dokazuje visoko zanesljivost postopka.
Slika 2 poudarja prednosti ultrazvoka nizke-intenzivnosti pri nadzoru napak. Morfologija eno{3}}prevleke na sliki (a-i) kaže, da ko se intenzivnost ultrazvoka poveča do visokega območja, sledi taline kažejo močno izboklino, jamice in celo prekinitve (i), ki so posledica nasilnega sesedanja kavitacijskih mehurčkov. Nasprotno pa imajo sledi taline, obdelane z ultrazvokom nizke-intenzivnosti (b-e), gladke in neprekinjene površine, primerljive s stanjem brez ultrazvoka. Rezultati CT skeniranja (k-p) dodatno kvantificirajo poroznost; ultrazvok visoke -intenzivnosti vodi do povečanja poroznosti, medtem ko ultrazvok-nizke intenzivnosti, uporabljen v tej študiji, komajda poveča poroznost in zagotavlja visoko gostoto natisnjenih delov.
04
Povzetek
1. Predlagal in uspešno uporabil brez{1}}kontaktno nizko{2}}ultrazvočno-lasersko aditivno proizvodno tehnologijo, s čimer se je učinkovito izognil dvema glavnima težavama tradicionalnih kontaktnih visoko{4}}ultrazvočnih tehnik-neenakomerne mikrostrukture in notranjih napak-pri izdelavi velikih kovinskih delov;
2. Z mehaničnimi raziskavami popravil tradicionalno enostransko-razumevanje v akademskih krogih glede ultrazvočnih mehanizmov za prečiščevanje zrn, pri čemer je pokazal učinek čistega akustičnega pretakanja, kjer visoko{2}}frekvenčni nihajoči tokovi povzročijo zlom zaradi utrujenosti dendrita, kar doseže znatno prečiščenost zrn in homogenizacijo;
3. Ta tehnologija zagotavlja visoko-zmogljivo, zelo dosledno splošno rešitev za aditivno proizvodnjo različnih kovin, kot sta Inconel 718 in 316L;
4. Rezultati raziskav niso le praktično dragoceni na področju aditivnega izdelave, ampak zagotavljajo tudi pomembne teoretične temelje in procesne smernice za druge procesne tehnologije, ki vključujejo strjevanje v bazenu staline, kot sta varjenje in oplaščenje.
