01
Pengenalan Kertas
Pembuatan aditif laser selalunya menghasilkan butiran kasar kerana kecerunan suhu tinggi. Bantuan ultrasonik jenis sentuhan tradisional-boleh menapis butiran tetapi menghadapi dua cabaran utama: pertama, tenaga ultrasonik berkurangan apabila ketinggian pencetakan meningkat, membawa kepada butiran kasar di bahagian atas komponen besar; kedua, ultrabunyi-intensiti tinggi boleh mendorong kesan peronggaan yang dengan mudah mencipta kecacatan liang.
Pasukan penyelidik dari Northwestern Polytechnical University mencadangkan teknologi ultrasonik tanpa-sentuh, menyepadukan peranti ultrasonik dengan muncung dan memperkenalkan ultrasound melalui medium udara. Kaedah ini mematahkan kepercayaan tradisional bahawa "pemurnian bijirin mesti bergantung pada peronggaan," menggunakan kesan penstriman akustik tulen untuk mencapai struktur bijian equiaxed halus padat seragam sepanjang ketinggian penuh sampel Inconel 718 dan 316L yang besar, meningkatkan kekuatan dengan ketara dan menangani cabaran industri struktur mikro tidak sekata dalam komponen besar.
02
Gambaran keseluruhan
Kajian ini bertujuan untuk menangani kesesakan struktur mikro yang tidak sekata dan kerentanan kecacatan dalam-pengilangan bahan tambahan berbantukan ultrasound. Pasukan penyelidik membangunkan sistem ultrasonik tanpa-sentuh yang bergerak dengan kepala laser, memastikan kolam cair menerima input tenaga berterusan di bawah ambang peronggaan.
Eksperimen menunjukkan bahawa ultrasound sentuhan tradisional gagal apabila ketinggian cetakan melebihi 15mm, manakala teknologi baharu mengekalkan butiran halus seragam dalam ketinggian 100mm, tanpa kecacatan peronggaan. Kajian mekanistik menunjukkan bahawa ultrabunyi-intensiti rendah mendorong-aliran ayunan frekuensi tinggi (penstriman akustik) dalam kolam cair, menyebabkan lengan dendrit yang semakin membesar mengalami patah keletihan dan membentuk nukleus baharu, dengan itu menapis butiran. Penemuan ini membetulkan pemahaman satu-komuniti akademik tentang mekanisme penghalusan butiran ultrasound dan menyediakan pendekatan baharu yang universal dan boleh dipercayai untuk-pembuatan aditif logam berprestasi tinggi.
03
Analisis Bergambar
Rajah 1 memberikan perbandingan langsung kedua-dua pendekatan teknikal. Rajah (a) menunjukkan mod bukan-sentuh yang dicadangkan dalam kajian ini, di mana transduser ultrasonik bergerak dengan muncung untuk memastikan input tenaga berterusan; Rajah (b) menggambarkan mod sentuhan tradisional, di mana ultrasound dihantar melalui substrat. Daripada keputusan EBSD bagi sampel-saiz besar (f-h), dapat dilihat bahawa kaedah sentuhan (h) gagal di bahagian atas sampel, dengan butiran kasar menjadi struktur kolumnar; manakala kaedah bukan-sentuh (f) mengekalkan butiran equiaxed halus seragam sepanjang keseluruhan ketinggian 100 mm. Selain itu, data prestasi mekanikal dalam Rajah (i-k) menunjukkan bahawa kaedah bukan-kenalan (LU) bukan sahaja meningkatkan kekuatan dengan ketara tetapi juga menunjukkan taburan data yang sangat rendah, menunjukkan kebolehpercayaan proses yang tinggi.
Rajah 2 menyerlahkan kelebihan ultrasound-intensiti rendah dalam kawalan kecacatan. Morfologi pelapisan trek tunggal-dalam Rajah (a-i) menunjukkan bahawa apabila keamatan ultrabunyi meningkat kepada julat yang tinggi, trek cair mempamerkan bonjolan, lubang dan juga ketakselanjaran (i) yang teruk, yang disebabkan oleh keruntuhan buih peronggaan yang ganas. Sebaliknya, trek cair yang dirawat dengan-intensiti ultrabunyi rendah (b-e) mempunyai permukaan licin dan berterusan, setanding dengan keadaan tanpa ultrasound. Keputusan imbasan CT (k-p) mengukur lagi keliangan; ultrabunyi{10}intensiti tinggi membawa kepada lonjakan keliangan, manakala ultrabunyi{11}}intensiti rendah yang digunakan dalam kajian ini hampir tidak meningkatkan keliangan, memastikan ketumpatan tinggi bahagian bercetak.
04
Ringkasan
1. Mencadangkan dan berjaya menggunakan teknologi pembuatan aditif laser bukan{1}}rendah-berintensiti rendah-berbantu, dengan berkesan mengelakkan dua isu utama teknik ultrasonik-intensiti tinggi sentuhan tradisional-struktur mikro yang tidak sekata dan kecacatan dalaman-apabila mengeluarkan bahagian logam yang besar;
2. Melalui penyelidikan mekanistik, memperbetulkan pemahaman tradisional-sebelah dalam akademia berkenaan mekanisme penapisan butiran ultrasonik, menunjukkan kesan penstriman akustik tulen, di mana aliran berayun frekuensi tinggi-mengakibatkan patah keletihan dendrit, mencapai penghalusan dan penyeragaman butiran yang ketara;
3. Teknologi ini menyediakan penyelesaian umum-berprestasi tinggi, sangat konsisten untuk pembuatan bahan tambahan pelbagai logam seperti Inconel 718 dan 316L;
4. Hasil penyelidikan bukan sahaja bernilai praktikal dalam bidang pembuatan bahan tambahan tetapi juga menyediakan asas teori yang penting dan panduan proses untuk teknologi pemprosesan lain yang melibatkan pemejalan kolam lebur, seperti kimpalan dan pelapisan.
