01
Uvod u rad
Usmjereno taloženje energije (DED)-poznato i kao lasersko oblaganje-aditivna je proizvodna tehnika koja koristi laser-visoke snage u kombinaciji s koaksijalnim sustavom dodavanja praha za izradu metalnih komponenti sloj po sloj. Za razliku od tradicionalnih procesa lijevanja i strojne obrade, mehanička svojstva nanesenih slojeva u DED mogu značajno varirati zbog kontinuirane fluktuacije parametara obrade-kao što su visina sloja, brzina skeniranja i snaga lasera-tijekom procesa proizvodnje. Unatoč brojnim napretcima postignutim u DED tehnologiji, istraživanja *in{7}}situ* procjene mehaničkih svojstava-kao što su Youngov modul i Poissonov omjer-tijekom obrade i dalje su rijetka; zbog toga je praćenje *in{10}}situ* i osiguranje kvalitete posebno kritično.
02
**Pregled studije**
Ova studija razvija be{0}}kontaktnu,-tehniku na licu mjesta za procjenu mehaničkih svojstava materijala obrađenih metodom usmjerenog taloženja energije (DED). Ova inovativna tehnika integrira femtosekundni laserski ultrazvuk s laserskim poliranjem kako bi se omogućila potpuno be-kontaktna i ne-destruktivna procjena Youngovog modula i Poissonovog omjera. Upotrebom ultrazvučnih valova generiranih femtosekundnim-laserom u frekvencijskom rasponu od GHz do THz, sustav postiže sub{7}}mikronsku prostornu rezoluciju, čime se olakšava procjena-visoke{8}}kvalitete, sloj-po-sloj. Kako bi se pozabavili izazovom otkrivanja ultrazvučnih signala usred hrapavosti površine koja je svojstvena taloženim slojevima, istraživački tim upotrijebio je-lasersko poliranje na licu mjesta-umjesto tradicionalnog mehaničkog poliranja-što je značajno poboljšalo detektabilnost ultrazvučnih valova. Ispitivanja provedena u različitim DED uvjetima obrade pokazala su da mehanička svojstva procijenjena ovom tehnikom pokazuju visok stupanj dosljednosti s rezultatima dobivenim iz neovisnih vlačnih testova izvedenih nakon završetka procesa izrade.
03
**Ilustrirana analiza**
Slika 1 predstavlja shematski pregled cjelokupnog tijeka rada za-tehniku in situ procjene mehaničkih svojstava unutar DED procesa. Jasno ilustrira temeljni postupak-koji počinje od supstrata-koji sekvencijalno dovršava procjenu Youngovog modula i Poissonovog omjera nataloženog sloja kroz četiri različita koraka: Korak 1 koristi DED laser za izvođenje DED procesa, spajanje i taloženje metalnog praha kako bi se formirao DED sloj s hrapavom površinom i debljinom od približno 100 μm; Korak 2 re-namjenjuje laser za poliranje (koji može biti isti uređaj kao DED laser) za izvođenje laserskog poliranja; ponovnim taljenjem ovaj proces stvara glatki pretopljeni sloj na površini taloženog materijala, smanjujući aritmetičku srednju hrapavost na približno 0,3 μm; Korak 3 koristi femtosekundni laser za pobuđivanje i mjerenje ultrazvučnih valova unutar frekvencijskog raspona GHz–THz unutar očvrslog područja nakon poliranja; Korak 4 procjenjuje Youngov modul i Poissonov omjer na temelju izmjerenih ultrazvučnih signala, u kombinaciji s odnosima naprezanja-deformacija. Dijagram također sadrži odgovarajuće bilješke koje ističu ključnu lasersku opremu i površinske morfološke promjene povezane sa svakim korakom, čime se pruža vizualna demonstracija potpuno be{14}}kontaktnih i ne-destruktivnih karakteristika tehnike u cijelom tijeku rada "taloženje–poliranje–detekcija–procjena".
Slika 2 predstavlja opsežnu komparativnu analizu koja istražuje utjecaj laserskog poliranja na hrapavost površine DED metalnih slojeva. Sadrži tri podslike-(a), (b) i (c)-analiza se provodi u tri dimenzije: kvantitativni parametri, makroskopska morfologija i mikroskopska topografija, sa središnjim fokusom na optimalni skup parametara poliranja identificiranih za uzorak I-11. Podslika (a) prikazuje kvantitativnu tablicu vrijednosti površinske hrapavosti koja odgovara 16 različitih kombinacija parametara poliranja, obuhvaćajući snage poliranja od 200–350 W i brzine poliranja od 13–21 mm/s. Ova tablica označava stvarne Ra vrijednosti izmjerene nakon poliranja 16 jedno-slojnih tragova na uzorku I, jasno identificirajući kombinaciju od 300 W + 18 mm/s kao optimalni skup parametara (I-11, Ra=0.31 μm); nadalje, naglašava probleme povezane s drugim rasponima parametara-točnije, višim vrijednostima hrapavosti koje proizlaze iz kombinacija niske-snage, velike-brzine i tendencije da kombinacije velike-snage, niske-brzine induciraju površinsku valovitost zbog isparavanja praha. Podslika (b) prikazuje krupni plan makroskopske usporedbe uzorka I-11 prije i nakon poliranja s optimalnim parametrima, vizualno pokazujući značajno poboljšanje ravnosti i jednolikosti površine nakon procesa poliranja. Podslika (c) daje usporedni prikaz slika optičkog mikroskopa (na dosljednoj skali od 40 μm) koja prikazuje uzorak I-11 nakon optimalnog poliranja (lijevo) u odnosu na njegovo nepolirano stanje (desno); nepoliranu površinu karakterizira obilje nestopljenih čestica praha, značajne neravnine i tamniji izgled koji je rezultat raspršivanja svjetlosti, dok je polirana površina praktički bez nestopljenog praha, čini se ravnom i glatkom i pokazuje jednoliku refleksiju svjetlosti. U konačnici, ovaj optimalni skup parametara smanjio je hrapavost površine s početne vrijednosti od 4,2 μm na 0,31 μm - stopa poboljšanja od 93%. Kroz ovu tripartitnu usporedbu koja obuhvaća kvantitativne podatke, makroskopsku morfologiju i mikroskopsku topografiju, slika učinkovito potvrđuje učinkovitost laserskog poliranja u smanjenju hrapavosti površine DED metalnih slojeva uz istovremeno uspostavljanje optimalnih parametara procesa za lasersko poliranje.
