02
איורים וטקסט נבחרים
1. הקדמה: נקודות הכאב של ייצור לייזר מסורתי והלידה של UVA-LM
ייצור לייזר מסורתי מתמודד עם שלוש בעיות ליבה:
פגמים תרמיים משמעותיים
שיפוע טמפרטורה קיצוני והתמצקות מהירה מובילים בקלות להפרדה יסודית, היווצרות של תרכובות בין-מתכתיות שבירות, סדקים ומתח שיורי;
מבנה מיקרו לא-אחיד
בעיבוד של חומרים מתקדמים כגון סגסוגות -אנטרופיות גבוהות (HEA) וסגסוגות עקשנות, נוטים להתרחש מבנים לא- אחידים הנשלטים על ידי גרגירי עמודים, ומשפיעים על יציבות הביצועים;
יעילות תהליך נמוכה
נזילות ירודה של בריכת ההיתוך מובילה לפיזור חלקיקים לא אחיד (למשל, סטייה של זרם אבקה בתצהיר אנרגיה מכוון).
To address these problems, ultrasonic vibration-assisted laser manufacturing (UVA-LM) emerged – by synchronously applying high-frequency ultrasonic vibration (>20 קילו-הרץ) עם הלייזר, הוא משתמש במנגנון כפול "זרימה אקוסטית + קוויטציה" כדי לשלוט בהתנהגות בריכת ההיתוך ולהשיג שיפור סינרגטי של ביצועי הייצור (איור 1).
2. רטט אולטרסאונד-ייצור תוסף לייזר בסיוע (UVA-AM)
UVA-AM מיושמת בעיקר על היתוך לייזר אבקת מיטת (LPBF) ותצהיר אנרגיה מכוונת (DED), עם מטרת הליבה לטפל בבעיות של "אניזוטרופיה" ו"פגמים מתכותיים" בייצור תוסף.
2.1 עיצוב תהליך: כיצד להשיג צימוד מדויק של אולטרסאונד וייצור תוסף?
מערכת UVA-LPBF
(איור 4): רטט בתדר גבוה- של 40 קילו-הרץ נוצר על ידי מתמר קרמי פיזואלקטרי ומשודר למצע באמצעות שנאי משרעת, משיג סנכרון של סריקת לייזר ורטט אולטרא-קולי (הספק האולטרא-קולי מתכוונן, משרעת טיפוסית היא 20 μm);
מערכת UVA-DED
(איור 6): מסלול סילון האבקה נשלט על ידי רטט קולי, יוצר "מודל צימוד חלקיקים אולטרסאונד-" (דיוק חיזוי 97.7%), מפחית את זווית פיזור האבקה מ-15.3 מעלות ל-14.1 מעלות, ומשפר את אחידות הפיזור ב-11.5%.
2.2 שיפור ביצועים: אופטימיזציה כפולה של מיקרו-מבנה ומאפיינים מכניים
עידון תבואה
אם ניקח לדוגמה את סגסוגת הטמפרטורה הגבוהה- של GH5188 (איור 7), UVA-LPBF יכול להפחית את גודל הגרגיר הממוצע מ-80.91 מיקרומטר ל-53.02 מיקרומטר, ואת עוצמת המרקם {001} מ-10.37 MUD (התפלגות מרובת אוריינטציה 6, הפחתת התפלגות מרובה 6)6 ל-MUD. אניזוטרופיה מכנית;
מאפיינים מכניים משופרים
קשיות מיקרו: הקשיות הממוצעת של סגסוגת GH5188 עלתה ב-4.49% לאחר סיוע קולי (287.7 HV → 300.6 HV);
תכונות מתיחה: לאחר טיפול UVA-DED, ההתארכות של סגסוגת 1Cr12Ni3MoVN עלתה ב-53.8%, והתוצר של חוזק והתארכות (PSE) גדל ב-52.9% (איור 13);
דיכוי פגמים
בחומר מרוכב של Inconel 718/Ti6Al4V, סיוע קולי יכול להפחית את התוכן של תרכובות בין-מתכתיות Ti₂Ni ב-48.3%, ואת אי-ההתאמה של הסריג מ-12.7% ל-7.4% (איור 9).
3. חיפוי לייזר בסיוע-קולי רטט (UVA-LC)
חיפוי לייזר (LC) הוא טכנולוגיית ליבה לחיזוק פני השטח, אך LC מסורתי נוטה ל"חלוקה לא אחידה של שלבי חיזוק" ו"פיצוח". UVA-LC, באמצעות בקרת אולטרסאונד, משיגה שיפור כפול הן ב"קשיות ועמידות בפני שחיקה" של שכבת החיפוי.
3.1 עיצוב מנגנון: התאמת תהודה של המערכת האולטראסונית
מערכת ה-UVA-LC צריכה לספק את התאמת התהודה של "הבריכה המותכת של המערכת האולטרא-סונית - -" (איורים 15, 16):
תדר קולי: בדרך כלל 20 קילו-הרץ, אורכו של שנאי משרעת קולי מותאם באמצעות ניתוח מודאלי (115-130 מ"מ) כדי להבטיח העברה יעילה של אנרגיית רטט לבריכה המותכת;
תכנון מצע: "מבנה חצי-אורך גל מאומץ (איור 16), ומשתמשים בהדמיית אלמנטים סופיים (ANSYS) כדי להבטיח שתדר תהודה המצע תואם לתדר האולטראסוני (שגיאה < 1%).
