01
معرفی مقاله
رسوب انرژی مستقیم (DED)-همچنین به عنوان روکش لیزری شناخته میشود-یک تکنیک تولید افزایشی است که از یک لیزر با قدرت-بالا ترکیب شده با یک سیستم تغذیه پودر کواکسیال برای ساخت اجزای فلزی لایه به لایه استفاده میکند. برخلاف فرآیندهای ریختهگری و ماشینکاری سنتی، خواص مکانیکی لایههای رسوبشده در DED میتواند بهدلیل نوسان مداوم پارامترهای پردازش-مانند ارتفاع لایه، سرعت اسکن و توان لیزر-در طول فرآیند تولید، بهطور قابلتوجهی متفاوت باشد. علیرغم پیشرفت های متعددی که در فناوری DED به دست آمده است، تحقیقات در مورد ارزیابی *در{7}}درجا* خواص مکانیکی-مانند مدول یانگ و نسبت پواسون-در طول پردازش کمیاب است. این امر نظارت *در{10}}درجا* و تضمین کیفیت را بسیار مهم می کند.
02
**بررسی اجمالی**
این مطالعه یک تکنیک غیر تماسی و در محل برای ارزیابی خواص مکانیکی مواد پردازش شده از طریق روش رسوب مستقیم انرژی (DED) توسعه میدهد. این تکنیک نوآورانه اولتراسونیک لیزر فمتوثانیه را با پولیش لیزری ادغام میکند تا ارزیابی کاملاً غیر{3}}غیر تماسی و غیر{4}} مدول یانگ و نسبت پواسون را امکانپذیر سازد. با استفاده از امواج اولتراسونیک تولید شده توسط لیزر فمتوثانیه-در محدوده فرکانس گیگاهرتز تا THz، سیستم به وضوح فضایی زیر{7}میکرون میرسد و در نتیجه ارزیابی لایهای با کیفیت بالا-بر{10}لایه تسهیل میشود. برای مقابله با چالش تشخیص سیگنالهای اولتراسونیک در میان ناهمواری سطح ذاتی لایههای رسوبشده، تیم تحقیقاتی از-پالایش لیزری درجا-بهجای پرداخت مکانیکی سنتی{14}} استفاده کردند که بهطور قابلتوجهی قابلیت تشخیص امواج اولتراسونیک را افزایش داد. آزمایشهای انجامشده تحت شرایط مختلف پردازش DED نشان داد که خواص مکانیکی ارزیابیشده توسط این تکنیک درجه بالایی از سازگاری را با نتایج بهدستآمده از آزمایشهای کششی مستقل انجامشده پس از تکمیل فرآیند ساخت نشان میدهد.
03
**تحلیل مصور**
شکل 1 یک نمای کلی شماتیک از گردش کار کلی برای تکنیک ارزیابی خواص مکانیکی در محل در فرآیند DED ارائه میکند. این به وضوح روند اصلی را نشان میدهد-از زیرلایه شروع میشود-که بهطور متوالی تخمین مدول یانگ و نسبت پواسون لایه رسوبشده را از طریق چهار مرحله متمایز تکمیل میکند: مرحله 1 از لیزر DED برای اجرای یک لایه پودری برای ایجاد یک سطح فلزی استفاده میکند و یک لایه فلزی رسوب میکند تا یک لایه ED را تشکیل دهد. ضخامت تقریباً 100 میکرومتر؛ مرحله 2 دوباره{8}}از یک لیزر پولیش (که ممکن است همان دستگاه لیزر DED باشد) استفاده میکند تا پولیش لیزری را انجام دهد. از طریق ذوب مجدد، این فرآیند یک لایه ذوب مجدد صاف روی سطح مواد رسوبشده ایجاد میکند و میانگین محاسباتی زبری را تا حدود 0.3 میکرومتر کاهش میدهد. مرحله 3 از یک لیزر فمتوثانیه برای برانگیختن و اندازه گیری امواج اولتراسونیک در محدوده فرکانس GHz-THz در ناحیه جامد شده پس از پرداخت استفاده می کند. مرحله 4 مدول یانگ و نسبت پواسون را بر اساس سیگنالهای مافوق صوت اندازهگیری شده، در ارتباط با روابط فشار{12}} تخمین میزند. این نمودار همچنین دارای حاشیهنویسیهای مربوطه است که تجهیزات کلیدی لیزر و تغییرات مورفولوژیکی سطح مرتبط با هر مرحله را برجسته میکند، بنابراین نمایشی بصری از ویژگیهای کاملاً غیر تماسی و غیرمخرب این تکنیک در کل گردش کار «رسوبگذاری، پرداخت، تشخیص، تخمین» ارائه میکند.
شکل 2 یک تحلیل مقایسه ای جامع را نشان می دهد که تاثیر پولیش لیزری بر زبری سطح لایه های فلزی DED را بررسی می کند. شامل سه شکل فرعی-(a)، (b) و (c)-تجزیه و تحلیل در سه بعد انجام میشود: پارامترهای کمی، مورفولوژی ماکروسکوپی، و توپوگرافی میکروسکوپی، با تمرکز مرکزی بر روی مجموعه بهینه پارامترهای پرداخت شناسایی شده برای نمونه I{12}}11. شکل فرعی (الف) یک جدول کمی از مقادیر زبری سطح را نشان می دهد که مربوط به 16 ترکیب پارامتر پولیش متمایز، قدرت پرداخت 200 تا 350 وات و سرعت پرداخت 13 تا 21 میلی متر بر ثانیه است. این جدول مقادیر واقعی Ra اندازهگیری شده پس از پرداخت 16 آهنگ تک لایه روی نمونه I را نشان میدهد، و به وضوح ترکیب 300 W + 18 میلیمتر بر ثانیه را به عنوان مجموعه پارامتر بهینه (I-11, Ra=0.31 میکرومتر) مشخص میکند. علاوه بر این، مسائل مربوط به سایر محدودههای پارامتر را مشخص میکند، بهویژه، مقادیر زبری بالاتر ناشی از ترکیبهای کم{20}}قدرت،-سرعت بالا، و تمایل به ترکیبهای-قدرت، کم-بالا،-برای القای تبخیر سطح پودر بهخاطر ایجاد تبخیر سطحی. شکل فرعی (ب) یک مقایسه ماکروسکوپی کلوزآپ از نمونه I-11 قبل و بعد از پرداخت با پارامترهای بهینه را ارائه می دهد که به صورت بصری بهبود قابل توجهی را در صافی و یکنواختی سطح پس از فرآیند پرداخت نشان می دهد. شکل فرعی (c) نمای مقایسه ای از تصاویر میکروسکوپ نوری (در مقیاس ثابت 40 میکرومتر) را ارائه می دهد که نمونه I-11 را پس از پرداخت بهینه (سمت چپ) در مقابل حالت صیقل نشده آن (راست) نشان می دهد. سطح صیقلی نشده با فراوانی ذرات پودر ذوب نشده، ناهمواری قابل توجه و ظاهر تیرهتر ناشی از پراکندگی نور مشخص میشود، در حالی که سطح صیقلی تقریباً عاری از پودر ذوب نشده است، صاف و صاف به نظر میرسد و بازتاب نور یکنواخت را نشان میدهد. در نهایت، این مجموعه پارامتر بهینه زبری سطح را از مقدار اولیه 4.2 میکرومتر به 0.31 میکرومتر کاهش داد - نرخ بهبود 93٪. از طریق این مقایسه سهجانبه شامل دادههای کمی، مورفولوژی ماکروسکوپی، و توپوگرافی میکروسکوپی، این شکل به طور موثری کارایی پولیش لیزری را در کاهش زبری سطح لایههای فلزی DED تایید میکند در حالی که به طور همزمان پارامترهای فرآیند بهینه را برای پرداخت لیزری ایجاد میکند.
