01
Papīra ievads
Directed Energy Deposition (DED){0}}pazīstams arī kā lāzera apšuvums-ir piedevu ražošanas paņēmiens, kurā tiek izmantots lielas-jaudas lāzers apvienojumā ar koaksiālo pulvera padeves sistēmu, lai slāni pa slānim izgatavotu metāla detaļas. Atšķirībā no tradicionālajiem liešanas un apstrādes procesiem, DED uzklāto slāņu mehāniskās īpašības var ievērojami atšķirties, jo ražošanas procesa laikā nepārtraukti mainās apstrādes parametri,{4}}piemēram, slāņa augstums, skenēšanas ātrums un lāzera jauda{5}}. Neraugoties uz daudzajiem sasniegumiem DED tehnoloģijā, joprojām ir maz pētījumu par mehānisko īpašību *in{7}}novērtēšanu,{8}}piemēram, Janga modulis un Puasona koeficients{9}}apstrādes laikā; tas padara *insitu* uzraudzību un kvalitātes nodrošināšanu īpaši kritisku.
02
**Pētījuma pārskats**
Šajā pētījumā ir izstrādāta bezkontakta, in-in situ metode, lai novērtētu ar virzītās enerģijas pārklāšanas (DED) metodi apstrādāto materiālu mehāniskās īpašības. Šī novatoriskā tehnika apvieno femtosekundes lāzera ultraskaņu ar lāzera pulēšanu, lai nodrošinātu pilnīgi bezkontakta un nesagraujošu Janga moduļa un Puasona koeficienta novērtējumu. Izmantojot femtosekundes lāzera-ģenerētos ultraskaņas viļņus frekvenču diapazonā no GHz līdz THz, sistēma sasniedz sub-mikronu telpisko izšķirtspēju, tādējādi veicinot augstas-kvalitātes slāņa-pēc-slāņa novērtēšanu. Lai risinātu problēmu, kas saistīta ar ultraskaņas signālu noteikšanu nogulsnētajiem slāņiem raksturīgā virsmas raupjuma apstākļos, pētnieku grupa izmantoja insitu lāzera pulēšanu-nevis tradicionālo mehānisko pulēšanu-, kas ievērojami uzlaboja ultraskaņas viļņu noteikšanu. Testi, kas veikti dažādos DED apstrādes apstākļos, parādīja, ka mehāniskās īpašības, kas novērtētas ar šo metodi, uzrāda augstu konsekvences pakāpi ar rezultātiem, kas iegūti no neatkarīgiem stiepes testiem, kas veikti pēc ražošanas procesa pabeigšanas.
03
**Ilustrēta analīze**
1. attēlā ir shematisks pārskats par vispārējo darbplūsmu in-situ mehānisko īpašību novērtēšanas tehnikai DED procesā. Tas skaidri ilustrē pamatprocedūru, -sākot no substrāta,-kas secīgi pabeidz uzklātā slāņa Janga moduļa un Puasona attiecības aprēķinu, veicot četras atšķirīgas darbības: 1. darbībā tiek izmantots DED lāzers, lai izpildītu DED procesu, sakausējot un uzklājot metāla pulveri, lai izveidotu aptuveni μm virsmas slāni un 10 mm biezu DED slāni; 2. darbībā tiek atkārtoti izmantots pulēšanas lāzers (kas var būt tā pati ierīce, kas DED lāzers), lai veiktu lāzera pulēšanu; pārkausējot, šis process veido gludu pārkausētu slāni uz nogulsnētā materiāla virsmas, samazinot vidējo aritmētisko raupjumu līdz aptuveni 0,3 μm; 3. darbībā tiek izmantots femtosekundes lāzers, lai ierosinātu un izmērītu ultraskaņas viļņus GHz–THz frekvenču diapazonā sacietētajā reģionā pēc pulēšanas; 4. darbībā tiek novērtēts Janga modulis un Puasona koeficients, pamatojoties uz izmērītajiem ultraskaņas signāliem, saistībā ar spriedzes{12}spriegojumu. Diagrammā ir arī atbilstošas anotācijas, kas izceļ galvenās lāzera iekārtas un virsmas morfoloģiskās izmaiņas, kas saistītas ar katru darbību, tādējādi vizuāli demonstrējot tehnikas pilnībā nesaskaras un nesagraujošās īpašības visā tās darbplūsmā “uzklāšana–pulēšana–atklāšana–novērtēšana”.
2. attēlā ir parādīta visaptveroša salīdzinoša analīze, kas pēta lāzera pulēšanas ietekmi uz DED metāla slāņu virsmas raupjumu. Ietver trīs apakšskaitļus-(a), (b) un (c)-analīze tiek veikta trīs dimensijās: kvantitatīvie parametri, makroskopiskā morfoloģija un mikroskopiskā topogrāfija, galveno uzmanību pievēršot optimālajai pulēšanas parametru kopai, kas noteikta I paraugam-11. Apakšattēlā (a) ir parādīta virsmas raupjuma vērtību kvantitatīvā tabula, kas atbilst 16 atšķirīgām pulēšanas parametru kombinācijām, aptverot pulēšanas jaudu 200–350 W un pulēšanas ātrumu 13–21 mm/s. Šajā tabulā ir anotētas faktiskās Ra vērtības, kas izmērītas pēc 16 viena slāņa sliežu pulēšanas I paraugā, skaidri norādot 300 W + 18 mm/s kombināciju kā optimālo parametru kopu (I-11, Ra=0.31 μm); turklāt tajā ir izceltas problēmas, kas saistītas ar citiem parametru diapazoniem, -konkrēti, augstākām raupjuma vērtībām, ko rada mazas -jaudas, liela{21}}ātruma kombinācijas, un tendence uz lielas-jaudas, zema{31}}ātruma kombinācijām pulvera iztvaikošanas dēļ izraisīt virsmas viļņošanos. Apakšattēlā (b) ir parādīts parauga I-11 tuvplāna makroskopisks salīdzinājums pirms un pēc pulēšanas ar optimālajiem parametriem, vizuāli demonstrējot ievērojamu virsmas līdzenuma un viendabīguma uzlabošanos pēc pulēšanas procesa. Apakšattēls (c) nodrošina optiskā mikroskopa attēlu salīdzinošu skatu (konsekventā mērogā 40 μm), kas parāda I-11 paraugu pēc optimālas pulēšanas (pa kreisi) pret tā neslīpēto stāvokli (pa labi); nepulētajai virsmai ir raksturīgs daudz nesakausētu pulvera daļiņu, ievērojams nelīdzenums un tumšāks izskats gaismas izkliedes rezultātā, turpretim pulētajai virsmai praktiski nav nekausēta pulvera, tā izskatās plakana un gluda, un tajā ir vienmērīgs gaismas atstarojums. Galu galā šī optimālā parametru kopa samazināja virsmas raupjumu no sākotnējās vērtības 4, 2 μm līdz 0, 31 μm - uzlabošanās līmenis 93%. Izmantojot šo trīspusējo salīdzinājumu, kas ietver kvantitatīvos datus, makroskopisko morfoloģiju un mikroskopisko topogrāfiju, šis skaitlis efektīvi apstiprina lāzera pulēšanas efektivitāti DED metāla slāņu virsmas raupjuma samazināšanā, vienlaikus nosakot optimālos procesa parametrus lāzera pulēšanai.
