Ozadje raziskave S hitrim razvojem tehnologije aditivnega izdelave (AM), zlasti z razširjeno uporabo tehnologije laserskega zlitja prahu (LPBF), je zlitina Inconel 718 postala pomemben material v vesoljski, energetski in drugih visoko{1}}proizvodnih področjih zaradi svoje odlične učinkovitosti pri visoki temperaturi, visokem tlaku in korozivnih okoljih. Vendar pa med postopkom laserske plastične plasti prahu toplotno obnašanje zlitine, stabilnost bazena taline in rast zrn pomembno vplivajo na končne lastnosti materiala. Tradicionalni Gaussovi laserji se običajno uporabljajo za takšno obdelavo, vendar so zaradi neenakomerne porazdelitve energije nagnjeni k povzročanju nestabilnosti talilnega bazena in nepravilne rasti zrn. Laserji z ravnim- vrhom lahko s svojimi značilnostmi enakomerne porazdelitve energije zagotovijo boljši nadzor nad stabilnostjo bazena taline in usmerjeno rastjo zrn. Pričakuje se, da bo raziskovanje uporabe ravni-laserjev pri fuziji z lasersko prašno posteljo optimiziralo delovanje zlitine Inconel 718 ter zagotovilo teoretično osnovo in tehnično podporo za visoko{9}}kakovostno proizvodnjo.
Raziskovalne metode Ta študija je uporabila kombinacijo simulacije in eksperimentiranja za raziskovanje učinkov laserjev z ravnim -zgornjim vrhom na obnašanje bazena taline in rast zrn med fuzijo zlitine Inconel 718 z lasersko prašno plastjo. Izvedene so-simulacije enoslednega skeniranja za preučevanje vpliva parametrov, kot sta moč laserja in hitrost skeniranja, na porazdelitev temperature bazena taline, morfologijo bazena taline in toplotne gradiente. Na podlagi rezultatov simulacije je bila opravljena nadaljnja eksperimentalna validacija z uporabo visoko{5}}zmogljivih-laserjev z ravnim vrhom za fuzijo Inconel 718 v plast prahu, pri čemer so opazovali in analizirali morfologijo bazena taline, velikost zrn in lastnosti materiala. Med poskusi so bile za celovito oceno rasti zrn, trdote materiala in nateznih lastnosti uporabljene tehnike, kot so opazovanje mikrostrukture, difrakcija rentgenskih žarkov in testiranje mehanskih lastnosti. Pomen študije Ta študija ima pomembno teoretično in inženirsko vrednost. Uvedba laserjev z ravnim -topom lahko učinkovito izboljša težave, kot sta nestabilnost talilnega bazena in neenakomerna rast zrn, ki se pojavljajo pri običajnih Gaussovih laserjih med obdelavo zlitin, in zagotavlja nov tehnološki pristop za aditivno proizvodnjo Inconel 718. Rezultati nudijo pomembne reference za nadaljnjo optimizacijo postopkov fuzije laserske prašne plasti, zlasti pri obdelavi visoko{14}}temperaturnih zlitin, s širokimi možnostmi inženirske uporabe. Poleg tega ta študija zagotavlja smernice za načrtovanje aditivnih proizvodnih procesov drugih visoko-zmogljivih materialov, s čimer spodbuja uporabo aditivne proizvodne tehnologije v vesolju in na drugih področjih. Inovacije Primerjava med-ravnimi in tradicionalnimi Gaussovimi laserji: s primerjavo uporabe ravnih{19}}laserjev s tradicionalnimi Gaussovimi laserji pri fuziji z lasersko prašno posteljo razkrite so bile prednosti laserjev z-ploskim vrhom pri stabilnosti bazena taline in nadzoru rasti zrn. Kombinacija eno{22}}simulacije in eksperimentiranja: integracija simulacije in eksperimentalnega preverjanja zagotavlja sistematičen analitični okvir za razumevanje vloge ravnih{23}}laserjev v bazenu taline. Optimizacija postopka za zlitino Inconel 718: ponuja strategije optimizacije za postopek aditivne proizvodnje Inconel 718, zlasti v smislu morebitnih izboljšav učinkovitosti materiala, ki spodbuja visoko{27}}kakovostno proizvodnjo visoko{28}}temperaturnih zlitin. Raziskovanje aplikacij laserja z ravnim vrhom-pri fuziji postelj prahu: Ta študija je prvič sistematično raziskala uporabo laserjev-z ravnim vrhom pri fuziji slojev prahu laserja, kar zagotavlja nove smernice za prihodnje raziskave sorodnih tehnologij.
Rezultati in razprava 1. Učinki moči laserja in hitrosti skeniranja na obnašanje bazena staline V obeh simulacijah in poskusih so bili raziskani učinki različnih moči laserja in hitrosti skeniranja na porazdelitev temperature, morfologijo in toplotni gradient bazena staline. Rezultati kažejo, da je pri visoki moči laserja porazdelitev temperature v bazenu staline bolj enakomerna. Laserji s-ploskim vrhom lahko učinkovito zmanjšajo temperaturna nihanja v bazenu staline. V primerjavi z običajnimi Gaussovimi laserji laserji z ravnim-zgornjim vrhom zagotavljajo stabilnejšo porazdelitev toplotnega polja. Spremembe v hitrosti skeniranja pomembno vplivajo na morfologijo in hitrost ohlajanja bazena staline. Pri zmernih hitrostih skeniranja je površina bazena staline gladka, postopek hlajenja pa razmeroma enakomeren, kar pomaga oblikovati stabilnejšo zrnato strukturo. 2. Izboljšanje stabilnosti bazena staline z laserji z ravnim-topom Eksperimentalni rezultati kažejo, da pri uporabi laserjev z ravnim-topom bazen staline kaže stabilnejše obnašanje med laserskim skeniranjem, pri čemer se izogne nestabilnosti, ki jo povzroča prekomerna toplota prelivi. V primerjavi z Gaussovimi laserji enakomerna porazdelitev moči laserjev z ravnim -zgornjim vrhom učinkovito zmanjša nihanja v morfologiji staljenega bazena in spodbuja dobro fuzijo, kar zmanjša nepravilno rast na robovih staljenega bazena. Ta stabilnost je pomembna za kasnejšo rast zrn in enotnost mikrostrukture, kar učinkovito izboljša mehanske lastnosti in zanesljivost materiala. 3. Usmerjenost rasti zrn Pri obdelavi zlitine Inconel 718 z laserji z ravnim-zgornjim vrhom so poskusi opazili boljšo usmerjenost rasti zrn. Pod enotnim toplotnim poljem laserja z-ploskim vrhom dolge osi zrn rastejo vzdolž smeri laserskega skeniranja in tvorijo usmerjeno zrnato strukturo. Ta usmerjena rast znatno izboljša mehanske lastnosti materiala, zlasti natezno trdnost in odpornost proti utrujenosti. Nasprotno pa uporaba Gaussovih laserjev kaže močno naključnost v rasti zrn zaradi nestabilnosti bazena staline, kar ima za posledico neenakomerno porazdelitev zrn, kar nadalje vpliva na celovite mehanske lastnosti materiala. 4. Optimizacija lastnosti materiala Z analizo mikrostrukture in mehanskim testiranjem je bilo ugotovljeno, da ima zlitina Inconel 718, obdelana z laserji z ravnim-topom, odlične lastnosti glede trdote, natezne trdnosti trdnost in odpornost proti utrujenosti: Preskusi trdote kažejo, da imajo vzorci, obdelani z-laserji z ravnim vrhom, večjo trdoto, kar kaže na boljšo gostoto materiala in strukturno celovitost. Rezultati nateznega preskusa kažejo, da imajo lasersko-obdelane-zlitine z ravnim vrhom višjo mejo tečenja in natezno trdnost, način loma pa kaže enakomernejšo porazdelitev napetosti, kar preprečuje širjenje razpok. Pri preskusih utrujenosti imajo vzorci, obdelani z{-laserjem-z ravnim vrhom, daljšo življenjsko dobo ob utrujenosti, kar kaže na boljšo odpornost proti utrujenosti, zaradi česar so primerni za visoko-zmogljive aplikacije. 5. Vpliv toplotnega obnašanja in procesa hlajenja. Med hlajenjem imajo vzorci, obdelani z laserjem-z ravnim vrhom, razmeroma enakomeren toplotni gradient in stabilno hlajenje hitrostjo, s čimer se izognete toplotni obremenitvi in preostali napetosti, ki se lahko pojavita pri običajnih Gaussovih laserjih. Eksperimentalni rezultati kažejo, da enakomernejši proces hlajenja spodbuja enakomerno porazdelitev notranjih napetosti v materialu, kar preprečuje deformacije in razpoke, ki jih povzroči prekomerna toplotna obremenitev.
6. Kombinacija simulacijskih in eksperimentalnih rezultatov Visoka skladnost med simulacijskimi in eksperimentalnimi rezultati kaže, da ima laser-z ravnim vrhom znatne prednosti pri izboljšanju stabilnosti bazena taline, orientacije rasti zrn in lastnosti materiala. Rezultati simulacije zagotavljajo teoretično osnovo in potrjujejo učinkovit nadzor termičnega obnašanja bazena taline in rasti zrn z laserjem z ravnim -topom. Eksperimentalni podatki dodatno potrjujejo to teorijo in potrjujejo izboljšanje lastnosti materiala z ravnim -laserjem na vrhu s preskusi trdote, natezne trdnosti in utrujenosti. Razprava in zaključek V primerjavi z Gaussovim laserjem zagotavlja laser z ravnim -topom pomembne prednosti pri stabilnosti bazena taline in orientaciji rasti zrn. Njegova enotna porazdelitev moči učinkovito poveča stabilnost bazena taline, zmanjša nepravilne spremembe oblike bazena taline in spodbuja usmerjeno rast zrn v materialu. Optimizacija lastnosti materiala: laser-z ravnim vrhom ne le izboljša obnašanje talilnega bazena, ampak tudi bistveno izboljša mehanske lastnosti zlitine Inconel 718, kar kaže opazne prednosti v trdoti, natezni trdnosti in odpornosti proti utrujenosti. Ta študija dokazuje, da uporaba ravni{13}}laserjev pri fuziji z lasersko prašno posteljo ne samo izboljša stabilnost talilnega bazena, temveč zagotavlja tudi novo tehnično pot za proizvodnjo visoko{14}}zmogljivih materialov s širokimi možnostmi uporabe, zlasti v vesolju, energetiki in na drugih področjih. Ta raziskava ponuja nove ideje za aditivno proizvodnjo visoko{16}}zmogljivih zlitin. V prihodnosti bo mogoče procesne parametre dodatno optimizirati in raziskati več laserskih virov za uporabo v visoko{18}}temperaturnih zlitinah, kar bo spodbujalo široko uporabo tehnologije aditivne proizvodnje v industrijski proizvodnji.
