02
Angka dan Teks yang Dipilih
1. Pengenalan: Titik Sakit Pembuatan Laser Tradisional dan Kelahiran UVA-LM
Pengilangan laser tradisional menghadapi tiga masalah teras:
Kecacatan haba yang ketara
Kecerunan suhu yang melampau dan pemejalan pantas dengan mudah membawa kepada pengasingan unsur, pembentukan sebatian antara logam rapuh, retak, dan tegasan sisa;
Struktur mikro tidak-seragam
Dalam pemprosesan bahan termaju seperti-aloi entropi (HEA) tinggi dan aloi refraktori, struktur mikro tidak-seragam yang didominasi oleh butiran kolumnar terdedah untuk berlaku, menjejaskan kestabilan prestasi;
Kecekapan proses yang rendah
Kecairan kolam cair yang lemah membawa kepada pengagihan zarah yang tidak sekata (cth, perbezaan aliran serbuk dalam pemendapan tenaga terarah).
To address these problems, ultrasonic vibration-assisted laser manufacturing (UVA-LM) emerged – by synchronously applying high-frequency ultrasonic vibration (>20 kHz) dengan laser, ia menggunakan mekanisme dwi "penstriman akustik + peronggaan" untuk mengawal tingkah laku kolam cair dan mencapai peningkatan sinergistik prestasi pembuatan (Rajah 1).
2. Getaran Ultrasonik-Pembuatan Penambahan Laser Berbantu (UVA-AM)
UVA-AM digunakan terutamanya pada gabungan katil serbuk laser (LPBF) dan pemendapan tenaga terarah (DED), dengan objektif teras untuk menangani isu "anisotropi" dan "kecacatan metalurgi" dalam pembuatan bahan tambahan.
2.1 Reka Bentuk Proses: Bagaimana untuk mencapai gandingan tepat ultrasound dan pembuatan bahan tambahan?
Sistem UVA-LPBF
(Rajah 4): Getaran frekuensi tinggi 40 kHz-dijanakan oleh transduser seramik piezoelektrik dan dihantar ke substrat melalui pengubah amplitud, mencapai penyegerakan pengimbasan laser dan getaran ultrasonik (kuasa ultrasonik boleh laras, amplitud biasa ialah 20 μm);
Sistem UVA-DED
(Rajah 6): Trajektori jet serbuk dikawal oleh getaran ultrasonik, mewujudkan "model gandingan zarah-ultrabunyi" (ketepatan ramalan 97.7%), mengurangkan sudut penyebaran serbuk daripada 15.3 darjah kepada 14.1 darjah dan meningkatkan keseragaman pengedaran sebanyak 11.5%.
2.2 Peningkatan Prestasi: Pengoptimuman Dwi Struktur Mikro dan Sifat Mekanikal
Penapisan Bijirin
Mengambil aloi suhu tinggi GH5188-sebagai contoh (Rajah 7), UVA-LPBF boleh mengurangkan saiz butiran purata daripada 80.91 μm kepada 53.02 μm dan {001} keamatan tekstur daripada 10.37 MUD (Unit Agihan Berorientasikan Berbilang.696 mekanikal) kepada MUD
Sifat Mekanikal yang Dipertingkatkan
Kekerasan mikro: Purata kekerasan aloi GH5188 meningkat sebanyak 4.49% selepas bantuan ultrasonik (287.7 HV → 300.6 HV);
Sifat tegangan: Selepas rawatan UVA-DED, pemanjangan aloi 1Cr12Ni3MoVN meningkat sebanyak 53.8%, dan produk kekuatan dan pemanjangan (PSE) meningkat sebanyak 52.9% (Rajah 13);
Penindasan Kecacatan
Dalam bahan komposit Inconel 718/Ti6Al4V, bantuan ultrasonik boleh mengurangkan kandungan sebatian antara logam Ti₂Ni sebanyak 48.3%, dan ketidakpadanan kekisi daripada 12.7% kepada 7.4% (Rajah 9).
3. Getaran Ultrasonik-Lapisan Laser Berbantu (UVA-LC)
Pelapisan laser (LC) ialah teknologi teras untuk pengukuhan permukaan, tetapi LC tradisional terdedah kepada "taburan fasa pengukuhan yang tidak sekata" dan "retak." UVA-LC, melalui kawalan ultrasonik, mencapai peningkatan dwi dalam kedua-dua "kekerasan dan rintangan haus" lapisan pelapisan.
3.1 Reka Bentuk Radas: Padanan Resonans Sistem Ultrasonik
Sistem UVA-LC perlu memenuhi padanan resonans "sistem ultrasonik - substrat - kolam lebur" (Rajah 15, 16):
Kekerapan ultrasonik: Biasanya 20 kHz, panjang pengubah amplitud ultrasonik dioptimumkan melalui analisis modal (115-130 mm) untuk memastikan pemindahan tenaga getaran yang cekap ke kolam lebur;
Reka bentuk substrat: "Struktur separuh-panjang gelombang" diterima pakai (Rajah 16), dan simulasi unsur terhingga (ANSYS) digunakan untuk memastikan bahawa frekuensi resonans substrat sepadan dengan frekuensi ultrasonik (ralat < 1%).
