01
Papir Uvod
Usmjereno taloženje energije (DED)-također poznato kao lasersko oblaganje-je tehnika aditivne proizvodnje koja koristi laser velike-snage u kombinaciji sa koaksijalnim sistemom za dovod praha za proizvodnju metalnih komponenti sloj po sloj. Za razliku od tradicionalnih procesa livenja i obrade, mehanička svojstva nanesenih slojeva u DED-u mogu značajno varirati zbog kontinuirane fluktuacije parametara obrade-kao što su visina sloja, brzina skeniranja i snaga lasera-tokom procesa proizvodnje. Uprkos brojnim napretcima postignutim u DED tehnologiji, istraživanja *in{7}}situ* procjene mehaničkih svojstava-kao što su Youngov modul i Poissonov omjer-tokom obrade i dalje su oskudna; ovo čini praćenje *in{10}}na licu mjesta* i osiguranje kvaliteta posebno kritičnim.
02
**Pregled studije**
Ova studija razvija bes-in situ tehniku za procjenu mehaničkih svojstava materijala obrađenih metodom usmjerenog energetskog taloženja (DED). Ova inovativna tehnika integriše femtosekundni laserski ultrazvuk sa laserskim poliranjem kako bi se omogućila potpuno be-kontaktna i ne-destruktivna procjena Youngovog modula i Poissonovog omjera. Koristeći femtosekundne laser-generirane ultrazvučne talase u frekventnom opsegu od GHz do THz, sistem postiže sub{7}}mikronsku prostornu rezoluciju, čime se omogućava visok-kvalitet, sloj-po{10}}ocjenjivanje slojeva. Kako bi riješio izazov otkrivanja ultrazvučnih signala usred površinske hrapavosti svojstvene nanesenim slojevima, istraživački tim je upotrijebio-lasersko poliranje na licu mjesta-umjesto tradicionalnog mehaničkog poliranja-što je značajno poboljšalo detektivnost ultrazvučnih talasa. Ispitivanja provedena u različitim uvjetima DED obrade pokazala su da mehanička svojstva procijenjena ovom tehnikom pokazuju visok stupanj konzistentnosti s rezultatima dobivenim iz neovisnih testova zatezanja izvedenih nakon završetka procesa proizvodnje.
03
**Ilustrovana analiza**
Slika 1 predstavlja šematski pregled ukupnog toka posla za in-situ tehniku procjene mehaničkih svojstava unutar DED procesa. Jasno ilustruje osnovnu proceduru-koja počinje od podloge-koja sekvencijalno dovršava procjenu Youngovog modula i Poissonovog omjera deponiranog sloja kroz četiri različita koraka: Korak 1 koristi DED laser za izvođenje DED procesa nanošenja metala i fuzije približne debljine metalne površine u prahu i D. 100 μm; Korak 2 ponovo -namjenjuje laser za poliranje (koji može biti isti uređaj kao DED laser) za izvođenje laserskog poliranja; kroz pretapanje, ovaj proces stvara glatki pretopljeni sloj na površini nanesenog materijala, smanjujući srednju aritmetičku hrapavost na približno 0,3 μm; Korak 3 koristi femtosekundni laser za pobuđivanje i mjerenje ultrazvučnih valova unutar GHz–THz frekvencijskog opsega unutar očvrsnutog područja nakon poliranja; Korak 4 procjenjuje Youngov modul i Poissonov omjer na osnovu izmjerenih ultrazvučnih signala, u sprezi sa odnosom naprezanja{12}}deformacija. Dijagram također sadrži odgovarajuće napomene koje ističu ključnu lasersku opremu i površinske morfološke promjene povezane sa svakim korakom, pružajući na taj način vizualnu demonstraciju potpuno bez{14}}kontaktnih i ne{15}}destruktivnih karakteristika tehnike u cijelom toku rada "taloženje–poliranje–detekcija–procjena“.
Slika 2 predstavlja opsežnu komparativnu analizu koja istražuje utjecaj laserskog poliranja na hrapavost površine slojeva metala DED. Sastojeći se od tri podfigure-(a), (b) i (c)-analiza se provodi kroz tri dimenzije: kvantitativni parametri, makroskopska morfologija i mikroskopska topografija, sa centralnim fokusom na optimalni skup parametara poliranja identificiranih za uzorak I-11. Podslika (a) prikazuje kvantitativnu tablicu vrijednosti hrapavosti površine koje odgovaraju 16 različitih kombinacija parametara poliranja, koje obuhvataju snagu poliranja od 200-350 W i brzine poliranja od 13-21 mm/s. Ova tabela označava stvarne Ra vrijednosti izmjerene nakon poliranja 16 jednoslojnih - tragova na uzorku I, jasno identificirajući kombinaciju 300 W + 18 mm/s kao optimalni skup parametara (I-11, Ra=0.31 μm); osim toga, naglašava probleme povezane s drugim opsezima parametara-konkretno, veće vrijednosti hrapavosti koje su rezultat niske-kombinacije niske snage, velike-brzine i tendenciju kombinacija velike{23}}snage, niske{{31}brzine da izazovu valovitost površine zbog isparavanja praha. Podslika (b) predstavlja makroskopsko poređenje uzorka I-11 prije i poslije poliranja s optimalnim parametrima izbliza, vizualno demonstrirajući značajno poboljšanje ravnosti površine i uniformnosti nakon procesa poliranja. Podslika (c) daje uporedni prikaz slika optičkog mikroskopa (na konzistentnoj skali od 40 μm) koje prikazuju uzorak I-11 nakon optimalnog poliranja (lijevo) u odnosu na njegovo nepolirano stanje (desno); nepolirana površina se odlikuje obiljem nerastopljenih čestica praha, značajnim neravninama i tamnijim izgledom koji je rezultat raspršivanja svjetlosti, dok je polirana površina praktički bez nerastopljenog praha, djeluje ravno i glatko, te pokazuje ujednačenu refleksiju svjetlosti. Na kraju, ovaj optimalni skup parametara smanjio je hrapavost površine sa početne vrijednosti od 4,2 μm na 0,31 μm – stopa poboljšanja od 93%. Kroz ovo trostrano poređenje koje obuhvata kvantitativne podatke, makroskopsku morfologiju i mikroskopsku topografiju, slika efektivno potvrđuje efikasnost laserskog poliranja u smanjenju hrapavosti površine DED metalnih slojeva dok istovremeno uspostavlja optimalne procesne parametre za lasersko poliranje.
