Ħarsa ġenerali tal-karta
1. Introduzzjoni
Fil-manifattura addittiva (AM), lejżers tal-polz ultrashort (USP) jippermettu l-ipproċessar ta 'firxa wiesgħa ta' materjali u joffru potenzjal għat-tnaqqis tad-dimensjonijiet u l-kumplessità tal-komponenti fabbrikati. Dan l-istudju juri l-fattibbiltà tal-użu tal-lejżers USP bħala alternattiva għas-sistemi tal-Laser Powder Bed Fusion (LPBF), partikolarment għall-manifattura ta 'partijiet kritiċi li jeħtieġu preċiżjoni ogħla. Bl-użu ta 'partiċelli ta' trab ta' l-istainless-l-azzar li ma jissaddadx personalizzati u -prodotti minnhom infushom, ir-riċerkaturi kisbu r-riżultati mixtieqa u ffabbrikaw b'suċċess saffi kwadri konsistenti billi ottimizzaw serje ta 'parametri ta' pproċessar.
L-istudju jikkonferma li l-parametri tal-proċess għandhom rwol kritiku meta jintużaw lejżers USP - anke devjazzjonijiet minuri f'dawn il-parametri jistgħu jirriżultaw f'tidwib mhux komplut. Billi tnaqqas il-veloċità tal-iskannjar biex tippromwovi l-akkumulazzjoni tas-sħana, it-tidwib inkiseb fi frekwenzi baxxi ta 'repetizzjoni tal-polz (500 kHz) u poteri tal-lejżer medji baxxi (0.5-1 W). Dan l-approċċ jipprovdi l-potenzjal li jimminimizza aktar id-daqs tal-parti, li huwa sinifikanti għall-avvanz tal-AM bl-użu ta 'sorsi tal-laser USP.
2. Sommarju tal-Istudju
Bl-iżvilupp kontinwu tal-manifattura addittiva, il-lejżers femtosecond juru potenzjal promettenti għall-ipproċessar tal-istainless steel 316L. Dan id-dokument jiġbor fil-qosor u jirrevedi studju dwar l-influwenza tal-parametri tal-proċess fl-ipproċessar tal-laser femtosecond tal-istainless steel 316L. L-għan ewlieni tar-riċerka huwa li tinvestiga kif il-qawwa tal-lejżer, id-daqs tal-partiċelli tat-trab, il-veloċità tal-iskannjar u d-distanza tal-bokkaport jaffettwaw il-kwalità tal-ipproċessar u l-prestazzjoni tal-materjal, sabiex jiġu ottimizzati l-kundizzjonijiet tal-manifattura.
Ir-riċerkaturi l-ewwel introduċew il-karatteristiċi u l-adegwatezza tal-istainless steel 316L, imbagħad iddettaljaw il-prinċipju tax-xogħol u l-mekkaniżmi tal-ipproċessar tal-laser femtosecond. Sussegwentement, iffukaw fuq kif il-parametri ewlenin - inklużi l-qawwa tal-lejżer, id-daqs tal-partiċelli, il-veloċità tal-iskannjar, u d-distanza tal-bokkaporti - jinfluwenzaw il-kwalità tal-materjal.
Permezz ta 'studji sperimentali, it-tim identifika firxa ta' qawwa tal-lejżer ottimali biex jipprevjeni ablazzjoni eċċessiva u ħsara materjali. Sabu wkoll li partiċelli ta 'trab ifjen iwasslu għal kontroll aħjar tal-pool tat-tidwib u preċiżjoni ogħla tal-iffurmar. Barra minn hekk, aġġustamenti fil-veloċità tal-iskannjar u d-distanza tal-bokkaport intwerew li jnaqqsu d-difetti tal-wiċċ u l-porożità, u jtejbu kemm il-kwalità kif ukoll l-effiċjenza.
Fl-aħħarnett, l-istudju ddiskuta l-prospetti tal-applikazzjoni tal-lejżers femtosecond fil-manifattura tal-istainless steel 316L, u enfasizza l-isfidi attwali u d-direzzjonijiet ta 'riċerka futuri.
3. Analiżi Sperimentali u Figuri
3.1 Prinċipju tal-Laser USP
Lejżers tal-polz ultrashort (USP) jiġġeneraw tul ta' żmien tal-polz estremament qosra, tipikament fil-medda femtosecond (10⁻¹⁵ s) sa picosecond (10⁻¹² s). Dawn il-lejżers jiddependu fuq effetti ottiċi mhux lineari u ottiċi ultraveloċi.
Il-komponent ewlieni ta 'laser USP huwa l-kavità reżonanti, li fiha mezz tal-lejżer (eż., Nd:YAG jew Ti:kristall taż-żaffir) u sors ta' gwadann (bħal diodes tal-lejżer jew lampi tal-flash). Il-proċess ta 'amplifikazzjoni jseħħ permezz ta' emissjoni stimulata, fejn il-fotoni jirriflettu ripetutament bejn il-mirja fil-kavità u jiġu amplifikati, u fl-aħħar mill-aħħar jiffurmaw raġġ qawwi ta 'output.
Lejżers USP jiksbu tul ta' żmien tal-polz ultrashort billi jisfruttaw effetti ottiċi mhux lineari bħall-modulazzjoni tal-fażi awto-u r-rifrazzjoni mhux lineari. Elementi ottiċi bħall-frekwenzi-kristalli jew fibri li jirduppjaw jgħinu biex iwessgħu u jikkompressaw l-ispettru tal-polz, u jilħqu tul ta' żmien tal-polz fil-medda femtosecond.
Figura 1 – Evoluzzjoni tat-Temperatura f'Poteri Differenti tal-Laser
Il-Figura 1 turi kif it-temperatura tinbidel b'qawwa tal-lejżer li tvarja.
Qawwa għolja (kurva ħamra):it-temperatura taqbeż il-limiti tat-tidwib u l-ablazzjoni.
Enerġija baxxa (kurva ħadra):temperatura insuffiċjenti għat-tidwib.
Qawwa ottimali (kurva blu):jippermetti tidwib mingħajr ablazzjoni.
Figura 2 - Immaġni SEM ta 'trabijiet oħxon u fini
Ceit żviluppa trabijiet tal-metall atomizzati tal-gass-atomizzati għall-AM. Intużaw żewġ tipi ta’ trab:
Trab oħxon (20–45 µm)
Trab fin (<20 µm)
Trabijiet fini kisbu kontroll imtejjeb tat-tidwib u uniformità tas-saff.
Figura 3 - Proċess ta' Depożizzjoni tal-Ewwel Saff
Biex tittejjeb l-adeżjoni tat-trab, is-sottostrat ġie l-ewwel ittrattat bil-laser- biex tiżdied il-ħruxija tal-wiċċ. Analiżi profilometrika wriet ħruxija tal-wiċċ (Sa) ta' 3.3 µm u fond ta' 51.499 µm. Imbagħad ġew applikati saffi bl-użu ta 'metodu ta' xafra, u kisbet ħxuna uniformi:
Trab oħxon: saffi 100–200 µm
Trab fin: saffi ta' 50 µm
Figura 4 - Effett tal-Qawwa fuq l-Ipproċessar tat-Trab Oħxon
L-użu tal-lejżers USP fl-AM jippreżenta sfida: it-tidwib tat-trab mingħajr ma jikkawża l-ablazzjoni. Enerġija żejda twassal għal tfigħ ta 'partiċelli jew ħsara lis-sottostrat. It-tnaqqis tal-qawwa tal-lejżer taħt il-limitu tal-ablazzjoni jirriżulta f'tidwib b'suċċess.
F'potenzi taħt 0.5 W, it-trab fin jibqa 'mhux affettwat, filwaqt li 'l fuq minn dan il-limitu, il-partiċelli jiddewweb u jingħaqdu fi sferi akbar.
Figura 5 – Varjazzjoni tal-Qawwa fuq Trab Fini
Żieda fil-qawwa minn 0.59 W għal 0.765 W tidwib imtejjeb, li jipproduċu uċuħ aktar lixxi u uniformi. Il-ħruxija tal-wiċċ (Sa) naqset minn 3.45 µm għal 2.58 µm.
Figura 6 – Effett tal-Veloċità tal-Iskanjar
F'distanza tal-bokkaport ta' 0.674 W u 10 µm:
It-tnaqqis tal-veloċità tal-iskannjar minn 5 mm/s għal 2.5 mm/s żied l-akkumulazzjoni tas-sħana u l-koalescence tal-partiċelli, it-tkabbir tal-clusters u ż-żieda tas-Sa minn 5.43 µm għal 6.75 µm.
F'0.765 W, skanjar bil-mod wassal għal riżultati aktar bla xkiel (Sa ≈ 3.9–4.1 µm).
Figura 7 – Effett Magħqud tal-Qawwa u l-Veloċità
F'livelli ta 'qawwa ogħla (0.85–0.935 W) u veloċitajiet ta' skanjar 'l isfel għal 2.5 mm/s, Sa kompla naqas għal 3.5–3.8 µm. Taħt 1.5 mm/s, tisħin żejjed ikkawża tkissir u ħruq tat-trab.
Figura 8 – Tnaqqis tad-Distanza tal-Bokkaport
It-tnaqqis tad-distanza tal-bokkaport minn 7 µm għal 5 µm tejbet il-kwalità tal-wiċċ b'mod sinifikanti - Sa niżel minn 6.75 µm għal 4.1 µm. Distanzi kbar żżejjed wasslu għal tidwib irregolari u formazzjoni ta 'difetti.
Figura 9 – Influwenza tad-Distanza tal-Hatch
Fl-aħjar twieqi tal-qawwa u l-veloċità, it-tnaqqis tad-distanza tal-bokkaport tejbet b'mod konsistenti l-uniformità tal-wiċċ, u kisbet Sa baxx daqs 2–3 µm. Aġġustamenti fil-veloċità kienu meħtieġa biex jibbilanċjaw l-akkumulazzjoni tas-sħana.
Figura 10 – Parametri tal-Proċess Ottimi
L-aħjar kundizzjoni tal-ipproċessar kisbet wiċċ imdewweb uniformi ħafna b'Sa ta' 2.37 µm bl-użu ta':
Qawwa tal-lejżer:0.775 W
Veloċità tal-iskannjar:2.5 mm/s
Distanza tal-bokkaport:7.5 µm
4. Konklużjoni
Biex jiġi evalwat il-potenzjal tal-lejżers USP fil-manifattura addittiva, lejżers femtosecond ġew integrati fil-proċess LPBF bl-użu ta 'żewġ tipi ta' trab tal-istainless-azzar. L-istudju jikkonkludi liqawwa tal-laserhuwa l-aktar fattur kritiku - qawwa eċċessiva tikkawża l-ablazzjoni, filwaqt li ftit wisq jipprevjeni t-tidwib.
Ladarba ġiet stabbilita tieqa tal-enerġija ottimali (0.775–0.935 W), l-irfinar-tal-veloċità tal-iskannjar u d-distanza tal-bokkaport tejbet aktar l-intoppi tal-wiċċ. L-aħjar riżultati nkisbu fi:
Qawwa: 0.775–0.935 W
Veloċità tal-iskannjar:2.5 mm/s
Distanza tal-bokkaport: 5–7.5 µm
Taħt dawn il-parametri ottimizzati, inkisbu tidwib uniformi u ħruxija minima tal-wiċċ, li kkonfermaw il-fattibilità tal-lejżers USP għal manifattura addittiva ta '-preċiżjoni għolja ta' komponenti fuq skala mikro-.
