רקע מחקר עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית ייצור תוסף (AM), במיוחד היישום הנרחב של טכנולוגיית לייזר אבקת מיטת היתוך (LPBF), סגסוגת Inconel 718 הפכה לחומר חשוב בתחומי תעופה וחלל, אנרגיה ושאר תחומי ייצור- מתקדמים, בשל הביצועים המצוינים שלה בטמפרטורה גבוהה, בלחץ גבוה ובסביבות קורוזיביות. עם זאת, במהלך תהליך היתוך מיטת אבקת לייזר, ההתנהגות התרמית של הסגסוגת, היציבות של בריכת ההיתוך וצמיחת התבואה משפיעים באופן משמעותי על תכונות החומר הסופיות. לייזרים גאוסים מסורתיים משמשים בדרך כלל לעיבוד כזה, אך בשל חלוקת האנרגיה הלא אחידה שלהם, הם נוטים לגרום לאי יציבות של בריכת ההיתוך ולצמיחה לא סדירה של גרגרים. לייזרים שטוחים-עליון, עם מאפייני חלוקת האנרגיה האחידים שלהם, עשויים לספק שליטה טובה יותר על יציבות בריכת ההיתוך ועל צמיחת גרגרים כיוונית. חקר היישום של לייזרים שטוחים-עליון בהיתוך לייזר באבקת לייזר צפוי לייעל את הביצועים של סגסוגת Inconel 718 ולספק בסיס תיאורטי ותמיכה טכנית לייצור באיכות גבוהה-.
שיטות מחקר מחקר זה השתמש בשילוב של סימולציה וניסוי כדי לחקור את ההשפעות של לייזרים שטוחים-עליון על התנהגות בריכת נמס וצמיחת גרגרים במהלך היתוך לייזר אבקת לייזר של סגסוגת Inconel 718. סימולציות סריקה- בודדות נערכו כדי לחקור את ההשפעה של פרמטרים כגון כוח לייזר ומהירות סריקה על התפלגות טמפרטורת בריכת ההיתוך, מורפולוגיה של בריכת ההיתוך ושיפועים תרמיים. בהתבסס על תוצאות הסימולציה, נערך אימות ניסוי נוסף באמצעות לייזרים שטוחים- בהספק גבוה עבור היתוך אבקה של Inconel 718, תוך התבוננות וניתוח של מורפולוגיה של בריכת ההיתוך, גודל גרגירים ותכונות החומר. במהלך הניסויים, נעשה שימוש בטכניקות כגון תצפית מיקרו-סטרוקטורלית, עקיפה של קרני רנטגן ובדיקת מאפיינים מכניים כדי להעריך באופן מקיף את צמיחת הגרגרים, קשיות החומר ותכונות המתיחה. חשיבות המחקר למחקר זה יש ערך תיאורטי והנדסי משמעותי. השקת לייזרים שטוחים-עליון יכולה לשפר ביעילות בעיות כמו חוסר יציבות של בריכת נמס וצמיחת גרגרים לא סדירה המתרחשת עם לייזרים גאוסים קונבנציונליים במהלך עיבוד סגסוגת, ומספקת גישה טכנולוגית חדשה לייצור תוסף של Inconel 718. התוצאות מציעות התייחסות חשובה לאופטימיזציה נוספת של תהליך מיזוג{1} של לייזר בטמפרטורת{1} גבוהות של לייזר{1}. חומרים, עם אפשרויות יישום הנדסיות רחבות. בנוסף, מחקר זה מספק הנחיות לתכנון תהליך ייצור תוסף של חומרים אחרים בעלי ביצועים גבוהים-, המקדם את היישום של טכנולוגיית ייצור תוסף בתעופה וחלל ובתחומים אחרים. חידושים השוואה בין לייזר גאוס שטוח-עליון ומסורתי: על ידי השוואת היישום של לייזר לייזר אבקת לייזר שטוח עם לייזר לייזר אבקה שטוח{19} נחשפו היתרונות של לייזרים שטוחים-עליון ביציבות בריכת ההיתוך ובקרת צמיחת גרגרים. שילוב של סימולציה של-מסלול יחיד וניסוי: השילוב של סימולציה ואימות ניסיוני מספק מסגרת אנליטית שיטתית להבנת התפקיד של לייזרים עליונים שטוחים-בבריכת ההיתוך. אופטימיזציה של תהליך עבור סגסוגת Inconel 718: מספק אסטרטגיות אופטימיזציה לתהליך הייצור התוסף של Inconel 718, במיוחד במונחים של שיפורים פוטנציאליים בביצועי החומר, קידום ייצור באיכות גבוהה- של סגסוגות בטמפרטורה גבוהה-. חקירה של יישומי לייזר שטוחים-עליון בהיתוך מיטת אבקה: מחקר זה חקר באופן שיטתי את היישום של לייזרים-עליון שטוחים בהיתוך לייזר אבקת לייזר לראשונה, ומספק כיוונים חדשים למחקר עתידי בטכנולוגיות קשורות.
תוצאות ודיון 1. השפעות של כוח הלייזר ומהירות הסריקה על התנהגות הבריכה המותכת הן בסימולציות והן בניסויים, נחקרו ההשפעות של כוחות לייזר ומהירויות סריקה שונות על חלוקת הטמפרטורה, המורפולוגיה והשיפוע התרמי של הבריכה המותכת. התוצאות מצביעות על כך שבהספק לייזר גבוה, חלוקת הטמפרטורה של הבריכה המותכת אחידה יותר. לייזרים עליון שטוח- יכולים להפחית ביעילות את תנודות הטמפרטורה בבריכה המותכת. בהשוואה ללייזרים גאוסים קונבנציונליים, לייזרים-עליון שטוחים מספקים פיזור שדה תרמי יציב יותר. שינויים במהירות הסריקה משפיעים באופן משמעותי על המורפולוגיה וקצב הקירור של הבריכה המותכת. במהירויות סריקה מתונות, פני השטח של הבריכה המותכת חלקים ותהליך הקירור אחיד יחסית, מה שעוזר ליצור מבנה גרגירים יציב יותר. 2. שיפור יציבות הבריכה המותכת על ידי-לייזרים שטוחים תוצאות ניסויים מראות שכאשר משתמשים בלייזרים שטוחים-עליון, הבריכה המותכת מציגה התנהגות סריקה יציבה יותר, הנמנעת מהתנהגות לייזר יציבה יותר. שיפועים. בהשוואה ללייזרים גאוסים, חלוקת הכוח האחידה של לייזרים עליונים שטוחים{{12} מפחיתה ביעילות תנודות במורפולוגיה של הבריכה המותכת ומעודדת איחוי טוב, ומפחיתה צמיחה לא סדירה בקצוות הבריכה המותכת. יציבות זו משמעותית לצמיחת הגרגרים שלאחר מכן ולאחידות המיקרו-מבנה, מה שמשפר ביעילות את המאפיינים המכאניים והאמינות של החומר. 3. כיווניות של צמיחת גרגרים בעת עיבוד של סגסוגת Inconel 718 עם לייזרים שטוחים-עליון, הניסויים ראו כיווניות טובה יותר בצמיחת גרגרים. תחת השדה התרמי האחיד של לייזר עליון שטוח-, הצירים הארוכים של הגרגרים נוטים לצמוח לאורך כיוון סריקת הלייזר, ויוצרים מבנה גרגר כיווני. צמיחה כיוונית זו משפרת באופן משמעותי את התכונות המכניות של החומר, במיוחד חוזק מתיחה ועמידות בפני עייפות. לעומת זאת, שימוש בלייזרים גאוסים מראה אקראיות חזקה בצמיחת גרגירים עקב חוסר יציבות של בריכות מותכות, וכתוצאה מכך חלוקת גרגרים לא אחידה, מה שמשפיע עוד יותר על התכונות המכניות המקיפות של החומר. 4. אופטימיזציה של מאפייני החומר באמצעות ניתוח מיקרו-מבנה ובדיקות מכניות, נמצא כי Inconel 718 סגסוגת{23} מעובדת עם תכונות לייזר שטוחות,{23} חוזק מתיחה וביצועי עייפות: מבחני קשיות מראים שלדגימות שעובדו בלייזרים שטוחים-עליון יש קשיות גבוהה יותר, מה שמצביע על צפיפות חומר ושלמות מבנית טובה יותר. תוצאות בדיקות מתיחה מראות שלסגסוגות שטופלו בלייזר- שטוחות-עליון יש חוזק תפוקה ומתיחה גבוהים יותר, ומצב השבר מדגים פיזור מתח אחיד יותר, ומונע התפשטות סדק. בבדיקות עייפות, לדגימות השטוחות-העליון בלייזר- יש חיי עייפות ארוכים יותר, דבר המעיד על עמידות טובה יותר לעייפות, מה שהופך אותן למתאימות ליישומים-בעלי ביצועים גבוהים. 5. השפעת ההתנהגות התרמית ותהליך הקירור במהלך הקירור, דגימות שעובדו בעלות קירור שטוח{{33} בעלות קירור אחיד יחסית{{33} שיעור, הימנעות ממתח תרמי ומתח שיורי שעלול להתרחש בלייזרים גאוסים קונבנציונליים. תוצאות ניסוי מראות שתהליך קירור אחיד יותר מקדם פיזור אחיד של לחצים פנימיים בחומר, מונע עיוות וסדקים הנגרמים מלחץ תרמי מוגזם.
6. שילוב של סימולציה ותוצאות ניסוי העקביות הגבוהה בין סימולציה לתוצאות ניסוי מצביעה על כך שללייזר העליון השטוח-יש יתרונות משמעותיים בשיפור יציבות בריכת ההיתוך, כיוון צמיחת הגרגרים ותכונות החומר. תוצאות הסימולציה מספקות בסיס תיאורטי ומאמתות את הבקרה היעילה של ההתנהגות התרמית של בריכת ההיתוך וצמיחת הגרגרים על ידי הלייזר העליון השטוח-. נתונים ניסויים מאשרים עוד יותר את התיאוריה הזו, ומאמתים את השיפור בתכונות החומר על ידי הלייזר העליון השטוח- באמצעות מבחני קשיות, חוזק מתיחה ועייפות. דיון ומסקנה בהשוואה ללייזר גאוסי, הלייזר העליון השטוח- מספק יתרונות משמעותיים ביציבות בריכת ההיתוך ובכיוון צמיחת הגרגרים. חלוקת הכוח האחידה שלו משפרת ביעילות את יציבות בריכת ההיתוך, מפחיתה שינויים לא סדירים בצורת בריכת ההיתוך ומעודדת צמיחת גרגירים כיוונית בחומר. אופטימיזציה של תכונות החומר: הלייזר העליון השטוח- לא רק משפר את התנהגות בריכת ההיתוך, אלא גם משפר משמעותית את התכונות המכניות של סגסוגת Inconel 718, מראה יתרונות בולטים בקשיות, חוזק מתיחה ועמידות בפני עייפות. מחקר זה מדגים שהיישום של לייזרים שטוחים-עליון בהיתוך לייזר לא רק משפר את יציבות בריכת ההיתוך, אלא גם מספק מסלול טכני חדש לייצור חומרים{14} בעלי ביצועים גבוהים, עם סיכויי יישום רחבים, במיוחד בתעופה וחלל, אנרגיה ותחומים אחרים. מחקר זה מציע רעיונות חדשים לייצור תוסף של חומרי סגסוגת בעלי ביצועים גבוהים-. בעתיד, ניתן לבצע אופטימיזציה נוספת של פרמטרי תהליך, ולחקור מקורות לייזר נוספים לשימוש בחומרי סגסוגת-בטמפרטורה גבוהה, ולקדם את היישום הנרחב של טכנולוגיית ייצור תוסף בייצור תעשייתי.
