01
معرفی مقاله
تولید افزودنی های لیزری اغلب به دلیل شیب دمایی بالا منجر به دانه های درشت می شود. کمک مافوق صوت از نوع تماس سنتی می‌تواند دانه‌ها را تصفیه کند، اما با دو چالش عمده مواجه است: اول، انرژی اولتراسونیک با افزایش ارتفاع چاپ کاهش می‌یابد که منجر به دانه‌های درشت در بالای اجزای بزرگ می‌شود. دوم، سونوگرافی با شدت بالا-می تواند اثرات حفره ای ایجاد کند که به راحتی نقص منافذ ایجاد می کند.
یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه پلی‌تکنیک نورث وسترن، فناوری اولتراسونیک غیر تماسی را پیشنهاد کرد که دستگاه اولتراسونیک را با نازل ادغام می‌کند و اولتراسوند را از طریق یک رسانه هوا معرفی می‌کند. این روش این باور سنتی را که "تصفیه دانه باید بر کاویتاسیون تکیه کند" با استفاده از اثرات جریان آکوستیک خالص برای دستیابی به ساختارهای متراکم و یکنواخت دانه های ریز در تمام ارتفاع نمونه های بزرگ Inconel 718 و 316L، به طور قابل توجهی بهبود می بخشد و چالش صنعت ریزساختارهای ناهموار در اجزای بزرگ را برطرف می کند.
02
نمای کلی
هدف این مطالعه رسیدگی به تنگناهای ریزساختار ناهموار و حساسیت به نقص در تولید افزودنی به کمک اولتراسوند-است. تیم تحقیقاتی یک سیستم اولتراسونیک غیر تماسی ایجاد کرد که با سر لیزر حرکت می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که حوضچه مذاب ورودی انرژی ثابت زیر آستانه کاویتاسیون را دریافت می‌کند.
آزمایش‌ها نشان می‌دهند که اولتراسوند تماسی سنتی زمانی که ارتفاع چاپ از 15 میلی‌متر فراتر می‌رود با شکست مواجه می‌شود، در حالی که فناوری جدید دانه‌های ریز یکنواخت را در ارتفاع 100 میلی‌متری بدون نقص حفره‌ای حفظ می‌کند. مطالعات مکانیکی نشان می‌دهد که اولتراسوند با شدت کم-جریان نوسانی با فرکانس بالا (جریان صوتی) را در حوضچه مذاب القا می‌کند و باعث می‌شود بازوهای دندریتی در حال رشد دچار شکستگی خستگی شوند و هسته‌های جدیدی تشکیل دهند و در نتیجه دانه‌ها را تصفیه کنند. این کشف درک یک طرفه-جامعه دانشگاهی از مکانیسم پالایش دانه اولتراسوند را تصحیح می‌کند و یک رویکرد جدید جهانی و قابل اعتماد برای-تولید افزودنی‌های فلزی با کارایی بالا ارائه می‌کند.
03
تحلیل مصور
شکل 1 مقایسه مستقیم دو رویکرد فنی را ارائه می دهد. شکل (الف) حالت غیر تماسی پیشنهاد شده در این مطالعه را نشان می‌دهد، جایی که مبدل اولتراسونیک با نازل حرکت می‌کند تا از ورودی انرژی ثابت اطمینان حاصل کند. شکل (ب) حالت تماس سنتی را نشان می دهد، جایی که اولتراسوند از طریق بستر منتقل می شود. از نتایج EBSD نمونه‌های بزرگ- (f-h)، می‌توان دریافت که روش تماس (h) در قسمت بالایی نمونه شکست می‌خورد و دانه‌ها به ساختارهای ستونی تبدیل می‌شوند. در حالی که روش غیر تماسی (f) دانه‌های هم محور ریز یکنواخت را در تمام ارتفاع 100 میلی‌متری حفظ می‌کند. علاوه بر این، داده‌های عملکرد مکانیکی در شکل‌های (i-k) نشان می‌دهد که روش غیرتماسی (LU) نه تنها به‌طور قابل‌توجهی استحکام را بهبود می‌بخشد، بلکه پراکندگی داده‌ها را بسیار پایین نشان می‌دهد که قابلیت اطمینان بالای فرآیند را نشان می‌دهد.
شکل 2 مزایای سونوگرافی با شدت کم-در کنترل نقص را نشان می دهد. مورفولوژی روکش تک مسیر در شکل (a-i) نشان می‌دهد که با افزایش شدت اولتراسوند تا محدوده بالا، مسیرهای مذاب برآمدگی، حفره‌ها و حتی ناپیوستگی‌های شدید (i) را نشان می‌دهند که ناشی از فروپاشی شدید حباب‌های کاویتاسیون است. در مقابل، مسیرهای مذاب تحت درمان با سونوگرافی با شدت کم (b-e) دارای سطوح صاف و پیوسته هستند که با حالت بدون اولتراسوند قابل مقایسه است. نتایج سی تی اسکن (k{9}}p) تخلخل را کمی بیشتر می کند. اولتراسوند با شدت{10}بالا منجر به افزایش تخلخل می‌شود، در حالی که اولتراسوند با شدت پایین استفاده شده در این مطالعه به سختی تخلخل را افزایش می‌دهد و تراکم بالای قطعات چاپی را تضمین می‌کند.
04
خلاصه
1. فناوری تولید افزودنی لیزری بدون تماس-التراسونیک با شدت کم-با کمک{3}} پیشنهاد و با موفقیت به کار گرفته شد، که به طور موثر از دو مشکل اصلی تکنیک‌های فراصوت با شدت تماس سنتی-با شدت بالا-ریزساختار ناهموار و نقص‌های داخلی فلزی{6} جلوگیری می‌کند.
2. از طریق تحقیقات مکانیکی، درک سنتی-در دانشگاه در مورد مکانیسم‌های پالایش دانه اولتراسونیک تصحیح شد، که اثر جریان آکوستیک خالص را نشان داد، جایی که جریان‌های نوسانی با فرکانس بالا باعث شکستگی خستگی دندریت، دستیابی به پالایش قابل توجه هموژن دانه‌ها می‌شوند.
3. این فناوری یک راه حل کلی-با عملکرد بالا و بسیار سازگار برای تولید افزودنی فلزات مختلف مانند Inconel 718 و 316L ارائه می‌کند.
4. نتایج تحقیق نه تنها از نظر عملی در زمینه تولید مواد افزودنی ارزشمند است، بلکه پایه‌های نظری مهم و راهنمایی‌های فرآیندی را برای سایر فناوری‌های پردازش شامل انجماد استخر مذاب، مانند جوشکاری و روکش‌کاری، ارائه می‌کند.
