01
Uvod u rad
Laserska aditivna proizvodnja često rezultira grubim zrnima zbog visokih temperaturnih gradijenata. Tradicionalna kontaktna ultrazvučna pomoć-tipa može pročistiti zrna, ali se suočava s dva velika izazova: prvo, ultrazvučna energija se smanjuje kako se visina ispisa povećava, što dovodi do grubih zrna na vrhovima velikih komponenti; drugo, ultrazvuk visokog-intenziteta može izazvati učinke kavitacije koji lako stvaraju defekte pora.
Istraživački tim sa Northwestern Polytechnical University predložio je be-kontaktnu ultrazvučnu tehnologiju, integraciju ultrazvučnog uređaja s 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 jednoliko guste fine zrnate strukture jednakih osi po cijeloj visini velikih uzoraka Inconel 718 i 316L, značajno poboljšavajući čvrstoću i rješavajući izazov industrije nejednake mikrostrukture u velikim komponentama.
02
Pregled
Ova studija ima za cilj pozabaviti se uskim grlima neujednačene mikrostrukture i osjetljivosti na greške u-aditivnoj proizvodnji potpomognutoj ultrazvukom. Istraživački tim razvio je bes{2}}kontaktni ultrazvučni sustav koji se pomiče s laserskom glavom, osiguravajući da bazen taline prima stalan unos energije ispod praga kavitacije.
Eksperimenti pokazuju da tradicionalni kontaktni ultrazvuk ne uspijeva kada visina ispisa prelazi 15 mm, dok nova tehnologija održava ujednačena fina zrna unutar visine od 100 mm, bez kavitacijskih defekata. Mehaničke studije pokazuju da ultrazvuk niskog-intenziteta izaziva visoko{4}}frekventni oscilatorni tok (akustično strujanje) u bazenu taline, uzrokujući da se rastući krakovi dendrita podvrgnu zamornom lomu i stvaraju nove jezgre, čime se pročišćavaju zrna. Ovo otkriće ispravlja jednostrano-razumijevanje akademske zajednice o ultrazvučnom mehanizmu za pročišćavanje zrna i pruža univerzalan i pouzdan novi pristup za-aditivnu proizvodnju metala visokih performansi.
03
Ilustrirana analiza
Slika 1 pruža izravnu usporedbu dvaju tehničkih pristupa. Slika (a) prikazuje bes{2}}kontaktni način rada predložen u ovoj studiji, gdje se ultrazvučni pretvarač pomiče s mlaznicom kako bi se osigurao stalan unos energije; Slika (b) prikazuje tradicionalni način kontakta, gdje se ultrazvuk prenosi kroz podlogu. Iz rezultata EBSD-a za uzorke velike -veličine (f-h), može se vidjeti da kontaktna metoda (h) ne uspijeva u gornjem dijelu uzorka, sa zrncima koja se grube u stupčaste strukture; dok be-kontaktna metoda (f) održava ujednačena fina jednakoosna zrna kroz čitavu visinu od 100 mm. Osim toga, podaci o mehaničkim performansama na slikama (i-k) pokazuju da bes{10}}kontaktna metoda (LU) ne samo da značajno poboljšava čvrstoću, već također pokazuje vrlo nisku raspršenost podataka, pokazujući visoku pouzdanost procesa.
Slika 2 ističe prednosti ultrazvuka niskog-intenziteta u kontroli kvarova. Morfologija obloge s jednom-trazom na slici (a-i) pokazuje da kako se intenzitet ultrazvuka povećava do visokog raspona, tragovi taline pokazuju ozbiljna ispupčenja, udubljenja, pa čak i diskontinuitete (i), koji su uzrokovani nasilnim kolapsom kavitacijskih mjehurića. Nasuprot tome, tragovi taline tretirani ultrazvukom niskog-intenziteta (b-e) imaju glatke i kontinuirane površine, usporedive sa stanjem bez ultrazvuka. Rezultati CT skeniranja (k-p) dodatno kvantificiraju poroznost; ultrazvuk visokog-intenziteta dovodi do porasta poroznosti, dok ultrazvuk-niskog intenziteta korišten u ovoj studiji jedva povećava poroznost, osiguravajući visoku gustoću ispisanih dijelova.
04
Sažetak
1. Predložena i uspješno primijenjena be-ultrazvučna-aditivna tehnologija laserskog-potpomognutog-kontaktnog-ultrazvuka, učinkovito izbjegavanje dva glavna problema tradicionalnih kontaktnih-ultrazvučnih tehnika-ultrazvuka-neravnomjerne mikrostrukture i unutarnjih nedostataka-prilikom proizvodnje velikih metalnih dijelova;
2. Kroz mehaničko istraživanje, ispravio tradicionalno{1}}jednostrano shvaćanje u akademskoj zajednici u vezi s ultrazvučnim mehanizmima usitnjavanja zrna, demonstrirajući učinak čistog akustičnog strujanja, gdje visoko{2}}frekventni oscilirajući tokovi izazivaju lomljenje dendrita uslijed zamora, postižući značajno usitnjavanje zrna i homogenizaciju;
3. Ova tehnologija pruža visoko-učinkovito, vrlo konzistentno opće rješenje za aditivnu proizvodnju raznih metala kao što su Inconel 718 i 316L;
4. Rezultati istraživanja nisu samo praktički vrijedni u području aditivne proizvodnje, već također daju važne teorijske osnove i smjernice za procese za druge tehnologije obrade koje uključuju skrućivanje rastaljenog bazena, kao što su zavarivanje i oblaganje.
