01
Papir Uvod
Laserska aditivna proizvodnja često rezultira krupnim zrnima zbog visokih temperaturnih gradijenta. Tradicionalna ultrazvučna pomoć-tipa može rafinirati zrna, ali se suočava s dva glavna izazova: prvo, ultrazvučna energija se smanjuje kako se visina štampe povećava, što dovodi do grubih zrnaca na vrhovima velikih komponenti; drugo, ultrazvuk-visokog intenziteta može izazvati efekte kavitacije koji lako stvaraju defekte pora.
Istraživački tim sa Sjeverozapadnog politehničkog univerziteta predložio je beskontaktnu ultrazvučnu tehnologiju, integraciju ultrazvučnog uređaja sa mlaznicom i uvođenje ultrazvuka kroz zračni medij. Ova metoda razbija tradicionalno uvjerenje da se "pročišćavanje zrna mora oslanjati na kavitaciju", koristeći čiste akustične efekte strujanja kako bi se postigle ravnomjerno guste fino ravnoosne strukture zrna po cijeloj visini velikih uzoraka Inconel 718 i 316L, značajno poboljšavajući snagu i rješavajući industrijski izazov neravnih mikrostruktura u velikim komponentama.
02
Pregled
Ova studija ima za cilj rješavanje uskih grla neujednačene mikrostrukture i osjetljivosti na defekte u ultrazvučnoj{0}}aditivnoj proizvodnji. Istraživački tim je razvio beskontaktni ultrazvučni sistem koji se kreće sa laserskom glavom, osiguravajući da bazen taline prima konstantan unos energije ispod praga kavitacije.
Eksperimenti pokazuju da tradicionalni kontaktni ultrazvuk ne uspijeva kada visina štampe prelazi 15 mm, dok nova tehnologija održava ujednačena fina zrna u visini od 100 mm, bez kavitacijskih defekata. Mehanističke studije pokazuju da ultrazvuk niskog intenziteta inducira visoko-oscilatorni tok (akustično strujanje) u bazenu taline, uzrokujući da rastuće krakove dendrita podliježu zamornom lomu i formiraju nova jezgra, čime se rafiniraju zrna. Ovo otkriće ispravlja jednostrano-razumijevanje akademske zajednice o ultrazvučnom mehanizmu za prečišćavanje zrna i pruža univerzalni i pouzdani novi pristup za proizvodnju metalnih aditiva visokih{7}}učinaka.
03
Ilustrovana analiza
Slika 1 pruža direktno poređenje dva tehnička pristupa. Slika (a) prikazuje beskontaktni način rada predložen u ovoj studiji, gdje se ultrazvučni pretvarač pomiče sa mlaznicom kako bi se osigurao konstantan unos energije; Slika (b) prikazuje tradicionalni kontaktni način rada, gdje se ultrazvuk prenosi kroz podlogu. Iz EBSD rezultata uzoraka velikih-veličina (f-h), može se vidjeti da kontaktna metoda (h) ne uspijeva u gornjem dijelu uzorka, sa zrncima koja se grubo formiraju u stupaste strukture; dok be-metoda (f) održava ujednačena fina ravnoosna zrna po cijeloj visini od 100 mm. Dodatno, podaci o mehaničkim performansama na slikama (i-k) ukazuju na to da be-metoda bez kontakta (LU) ne samo da značajno poboljšava snagu, već pokazuje i vrlo nisko rasipanje podataka, što pokazuje visoku pouzdanost procesa.
Slika 2 ističe prednosti ultrazvuka niskog{1}}intenziteta u kontroli kvarova. Morfologija jednostruke - obloge na slici (a-i) pokazuje da kako se intenzitet ultrazvuka povećava do visokog opsega, tragovi taline pokazuju ozbiljno ispupčenje, rupice, pa čak i diskontinuitete (i), koji su uzrokovani nasilnim kolapsom kavitacijskih mjehurića. Suprotno tome, staze taline tretirane ultrazvukom niskog intenziteta (b-e) imaju glatke i neprekidne površine, uporedive sa stanjem bez ultrazvuka. Rezultati CT skeniranja (k-p) dalje kvantifikuju poroznost; ultrazvuk-visokog intenziteta dovodi do porasta poroznosti, dok ultrazvuk niskog{11}}ultrazvuka koji se koristi u ovoj studiji jedva povećava poroznost, osiguravajući visoku gustinu odštampanih dijelova.
04
Rezime
1. Predložena i uspješno primijenjena be-nekontaktna ultrazvučna tehnologija niskog intenziteta-potpomognuta laserskim aditivima{3}}, efektivno izbjegavajući dva glavna problema tradicionalnih kontaktnih ultrazvučnih tehnika visokog intenziteta-nejednake mikrostrukture i unutrašnjih defekata-pri proizvodnji velikih metalnih dijelova;
2. Kroz mehaničko istraživanje, ispravljeno tradicionalno jedno-sumiranje u akademskim krugovima u vezi ultrazvučnih mehanizama za rafiniranje zrna, demonstrirajući čisti efekat akustičkog strujanja, gdje visoko-oscilirajući tokovi izazivaju lom dendrita zamorom, postižući značajnu homogenizaciju zrna;
3. Ova tehnologija pruža visoke{1}}performanse, visoko konzistentno opće rješenje za aditivnu proizvodnju različitih metala kao što su Inconel 718 i 316L;
4. Rezultati istraživanja nisu samo praktički vrijedni u području proizvodnje aditiva, već također pružaju važne teorijske osnove i smjernice za procese za druge tehnologije obrade koje uključuju očvršćivanje rastopljenog bazena, kao što su zavarivanje i oblaganje.
