Qog'ozga umumiy nuqtai
1. Kirish
Qo'shimcha ishlab chiqarishda (AM) ultra qisqa pulsli (USP) lazerlar keng assortimentdagi materiallarni qayta ishlashga imkon beradi va ishlab chiqarilgan komponentlarning o'lchamlari va murakkabligini kamaytirish imkoniyatini beradi. Ushbu tadqiqot USP lazerlarini Laser Powder Bed Fusion (LPBF) tizimlariga muqobil sifatida, ayniqsa yuqori aniqlikni talab qiladigan muhim qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatishning maqsadga muvofiqligini ko'rsatadi. Moslashtirilgan va oʻz-oʻzidan ishlab chiqarilgan-zanglamaydigan{3}}poʻlat kukun zarralaridan foydalangan holda tadqiqotchilar kerakli natijalarga erishdilar va bir qator qayta ishlash parametrlarini optimallashtirish orqali izchil kvadrat qatlamlarni muvaffaqiyatli ishlab chiqdilar.
Tadqiqot shuni tasdiqlaydiki, USP lazerlaridan - foydalanilganda jarayon parametrlari hal qiluvchi rol o'ynaydi, hatto bu parametrlardagi kichik og'ishlar ham to'liq erishga olib kelishi mumkin. Issiqlik to'planishini rag'batlantirish uchun skanerlash tezligini kamaytirish orqali erish past impulslarni takrorlash chastotalarida (500 kHz) va past o'rtacha lazer quvvatlarida (0,5-1 Vt) erishildi. Ushbu yondashuv USP lazer manbalaridan foydalangan holda AM ni rivojlantirish uchun muhim bo'lgan qism hajmini yanada kamaytirish imkoniyatini beradi.
2. Tadqiqotning qisqacha mazmuni
Qo'shimcha ishlab chiqarishning uzluksiz rivojlanishi bilan femtosekundli lazerlar 316L zanglamaydigan po'latni qayta ishlash uchun istiqbolli potentsialni ko'rsatadi. Ushbu maqola 316L zanglamaydigan po'latdan femtosekundli lazer bilan ishlov berishda jarayon parametrlarining ta'siri bo'yicha tadqiqotni umumlashtiradi va ko'rib chiqadi. Tadqiqotning asosiy maqsadi ishlab chiqarish sharoitlarini optimallashtirish uchun lazer quvvati, kukun zarralari hajmi, skanerlash tezligi va lyuk masofasi ishlov berish sifati va materialning ishlashiga qanday ta'sir qilishini o'rganishdir.
Tadqiqotchilar birinchi navbatda 316L zanglamaydigan po'latning xususiyatlarini va yaroqliligini tanishtirdilar, so'ngra femtosekundli lazerni qayta ishlashning ish printsipi va mexanizmlarini batafsil bayon qildilar. Keyinchalik ular asosiy parametrlar -, jumladan, lazer kuchi, zarrachalar hajmi, skanerlash tezligi va lyuk masofasi - material sifatiga qanday ta'sir qilishiga e'tibor qaratdilar.
Eksperimental tadqiqotlar orqali jamoa haddan tashqari ablasyon va moddiy zararni oldini olish uchun optimal lazer quvvat diapazonini aniqladi. Ular, shuningdek, nozik kukun zarralari eritish hovuzini yaxshiroq boshqarishga va yuqori shakllanish aniqligiga olib kelishini aniqladilar. Bundan tashqari, skanerlash tezligi va lyuk masofasidagi tuzatishlar sirt nuqsonlari va g'ovaklikni kamaytirishi, sifat va samaradorlikni oshirishi ko'rsatildi.
Nihoyat, tadqiqot 316L zanglamaydigan po'latdan ishlab chiqarishda femtosekundli lazerlarni qo'llash istiqbollarini muhokama qildi, hozirgi muammolar va kelajakdagi tadqiqot yo'nalishlarini ta'kidladi.
3. Eksperimental tahlil va raqamlar
3.1 USP lazer printsipi
Ultrashort puls (USP) lazerlari odatda femtosekunddan (10⁻¹⁵ s) pikosoniyagacha (10⁻¹² s) oralig'ida juda qisqa puls davomiyligini hosil qiladi. Ushbu lazerlar chiziqli bo'lmagan optik effektlarga va ultrafast optikaga tayanadi.
USP lazerining asosiy komponenti lazer muhiti (masalan, Nd:YAG yoki Ti: safir kristalli) va daromad manbai (lazer diodlari yoki flesh lampalar kabi) o'z ichiga olgan rezonans bo'shlig'idir. Kuchaytirish jarayoni stimulyatsiya qilingan emissiya orqali sodir bo'ladi, bu erda fotonlar bo'shliqdagi ko'zgular orasida qayta-qayta aks etadi va kuchaytiriladi va natijada kuchli chiqish nurini hosil qiladi.
USP lazerlari oʻz-oʻzini{0}}fazali modulyatsiya va chiziqli boʻlmagan sinishi kabi chiziqli boʻlmagan optik effektlardan foydalanish orqali oʻta qisqa puls davomiyligiga erishadi. Chastotani ikki baravar oshirish-kristallari yoki tolalar kabi optik elementlar impuls spektrini kengaytirish va siqish, femtosekund oralig'ida puls davomiyligiga yetib borishga yordam beradi.
1-rasm - Turli lazer quvvatlarida haroratning evolyutsiyasi
1-rasmda haroratning o'zgaruvchan lazer quvvati bilan qanday o'zgarishi ko'rsatilgan.
Yuqori quvvat (qizil egri):harorat erish va ablasyon chegaralaridan oshib ketadi.
Kam quvvat (yashil egri):erish uchun haroratning etarli emasligi.
Optimal quvvat (ko'k egri):ablasyonsiz eritish imkonini beradi.
2-rasm - Dag'al va nozik kukunlarning SEM tasvirlari
Ceit AM uchun moslashtirilgan gaz{0}}atomlashtirilgan metall kukunlarini ishlab chiqdi. Ikki turdagi kukun ishlatilgan:
Dag'al kukun (20-45 mikron)
Nozik kukun (<20 µm)
Yupqa kukunlar eritish nazoratini yaxshilashga va qatlamning bir xilligiga erishdi.
3-rasm - Birinchi qatlamni joylashtirish jarayoni
Kukunning yopishishini kuchaytirish uchun sirt pürüzlülüğünü oshirish uchun substratga-avval lazer bilan ishlov berildi. Profilometrik tahlil sirt pürüzlülüğünü (Sa) 3,3 mkm va chuqurligi 51,499 mkmni ko'rsatdi. Keyin qatlamlar bir xil qalinlikka erishib, pichoq usuli yordamida qo'llanildi:
Dag'al kukun: 100-200 mkm qatlamlar
Nozik kukun: 50 mkm qatlamlar
Shakl 4 - Dag'al kukunni qayta ishlashga quvvat ta'siri
AMda USP lazerlaridan foydalanish qiyinchilik tug'diradi: kukunni ablasyonga olib kelmasdan eritish. Haddan tashqari quvvat zarrachalarning chiqishi yoki substratning shikastlanishiga olib keladi. Lazer quvvatini ablasyon chegarasidan pastga kamaytirish muvaffaqiyatli erishga olib keladi.
0,5 Vt dan past quvvatlarda nozik kukun ta'sir qilmaydi, bu chegaradan yuqori bo'lsa, zarralar eriydi va kattaroq sharlarga birlashadi.
5-rasm - Nozik kukunlarda quvvat o'zgarishi
Quvvatni 0,59 Vt dan 0,765 Vt ga oshirish erishni kuchaytirdi, silliq va bir xil yuzalarni hosil qiladi. Sirt pürüzlülüğü (Sa) 3,45 mkm dan 2,58 mkm gacha kamaydi.
6-rasm - Skanerlash tezligining ta'siri
0,674 Vt va 10 mkm lyuk masofasida:
Skanerlash tezligini 5 mm/s dan 2,5 mm/s ga kamaytirish issiqlik to‘planishi va zarrachalar birlashishini, klasterlarni kattalashtirish va Sa ni 5,43 mkm dan 6,75 mkm gacha oshirish.
0,765 Vt quvvatda sekinroq skanerlash yanada silliq natijalarga olib keldi (Sa ≈ 3,9–4,1 mkm).
7-rasm - Quvvat va tezlikning birgalikdagi ta'siri
Yuqori quvvat darajalarida (0,85–0,935 Vt) va 2,5 mm/s gacha skanerlash tezligida Sa 3,5–3,8 mkm gacha pasaydi. 1,5 mm / s dan past, haddan tashqari qizib ketish kukunning yorilishi va yonishiga olib keldi.
8-rasm - Lyuk masofasining qisqarishi
Lyuk masofasini 7 µm dan 5 µm gacha qisqartirish sirt sifatini sezilarli darajada yaxshiladi - Sa 6,75 µm dan 4,1 µm gacha tushdi. Haddan tashqari katta masofalar notekis erish va nuqson shakllanishiga olib keldi.
9-rasm - Lyuk masofasining ta'siri
Optimal quvvat va tezlik oynalarida, lyuk masofasining qisqarishi doimiy ravishda sirt bir xilligini yaxshilaydi va Sa 2-3 mikrongacha past bo'ladi. Issiqlik to'planishini muvozanatlash uchun tezlikni sozlash kerak edi.
10-rasm - Jarayonning optimal parametrlari
Eng yaxshi ishlov berish holati 2,37 mkm Sa bilan yuqori bir xil eritilgan sirtga erishildi:
Lazer quvvati:0.775 W
Skanerlash tezligi:2,5 mm/s
Tugatish masofasi:7.5 µm
4. Xulosa
USP lazerlarining qo'shimcha ishlab chiqarishdagi potentsialini baholash uchun femtosekundli lazerlar ikki turdagi zanglamaydigan po'latdan{0}}po'lat kukunlar yordamida LPBF jarayoniga birlashtirildi. Tadqiqot shunday xulosaga keladilazer kuchieng muhim omil - haddan tashqari quvvat ablasyonga olib keladi, juda oz esa erishni oldini oladi.
Optimal elektr oynasi (0,775–0,935 Vt) o'rnatilgandan so'ng, skanerlash tezligi va lyuk masofasini-sozlash sirt silliqligini yanada yaxshiladi. Eng yaxshi natijalarga erishildi:
Quvvat: 0.775–0.935 W
Skanerlash tezligi:2,5 mm/s
Tugatish masofasi: 5–7.5 µm
Ushbu optimallashtirilgan parametrlar ostida bir xil eritish va minimal sirt pürüzlülüğüne erishildi, bu esa USP lazerlarining yuqori-aniqlikdagi mikro{1}}komponentlarni qo'shimchalar bilan ishlab chiqarish imkoniyatini tasdiqladi.
