Pozadina istraživanja S brzim razvojem tehnologije aditivne proizvodnje (AM), posebno raširenom primjenom tehnologije fuzije laserskog praha (LPBF), legura Inconel 718 postala je važan materijal u zrakoplovstvu, energetici i drugim visoko{1}}poljima proizvodnje zbog svojih izvrsnih performansi pod visokom temperaturom, visokim tlakom i korozivnim okruženjima. Međutim, tijekom procesa taljenja sloja laserskog praha, toplinsko ponašanje legure, stabilnost bazena taline i rast zrna značajno utječu na konačna svojstva materijala. Tradicionalni Gaussovi laseri obično se koriste za takvu obradu, ali zbog svoje neravnomjerne raspodjele energije, skloni su uzrokovati nestabilnost bazena taline i nepravilan rast zrna. Laseri s-ravnim vrhom, sa svojim karakteristikama ravnomjerne distribucije energije, mogu pružiti bolju kontrolu nad stabilnošću bazena taline i usmjerenim rastom zrna. Očekuje se da će istraživanje primjene lasera-s ravnim vrhom u fuziji sloja laserskog praha optimizirati izvedbu legure Inconel 718 i pružiti teorijsku osnovu i tehničku podršku za visoko{9}}kvalitetnu proizvodnju.
Istraživačke metode U ovoj studiji korištena je kombinacija simulacije i eksperimentiranja kako bi se istražili učinci ravnih-top lasera na ponašanje bazena taline i rast zrna tijekom fuzije inconel 718 legure laserskog praha. Provedene su -simulacije skeniranja jedne staze kako bi se proučio utjecaj parametara kao što su snaga lasera i brzina skeniranja na raspodjelu temperature bazena taline, morfologiju bazena taline i toplinske gradijente. Na temelju rezultata simulacije, provedena je daljnja eksperimentalna validacija korištenjem-snažnih ravnih-lasera za fuziju sloja praha Inconela 718, promatrajući i analizirajući morfologiju bazena taline, veličinu zrna i svojstva materijala. Tijekom eksperimenata korištene su tehnike kao što su promatranje mikrostrukture, difrakcija X-zraka i ispitivanje mehaničkih svojstava kako bi se sveobuhvatno procijenio rast zrna, tvrdoća materijala i vlačna svojstva. Značaj studije Ova studija ima značajnu teorijsku i inženjersku vrijednost. Uvođenje lasera s-ravnim vrhom može učinkovito poboljšati probleme kao što su nestabilnost bazena taline i nepravilan rast zrna koji se javljaju kod konvencionalnih Gaussovih lasera tijekom obrade legura, pružajući novi tehnološki pristup za aditivnu proizvodnju Inconela 718. Rezultati nude važne reference za daljnju optimizaciju procesa fuzije sloja laserskog praha, posebno u obradi materijala od legura na visokim-temperaturama, sa širokim izgledima za inženjersku primjenu. Osim toga, ova studija pruža smjernice za dizajn procesa aditivne proizvodnje drugih materijala visokih-učinkovitosti, promičući primjenu tehnologije aditivne proizvodnje u zrakoplovstvu i drugim područjima. Usporedba inovacija između ravnih-top i tradicionalnih Gaussovih lasera: Usporedbom primjene ravnih-top lasera s tradicionalnim Gaussovim laserima u fuziji laserskog praha, otkrivene su prednosti lasera s-ravnim vrhom u stabilnosti bazena taline i kontroli rasta zrna. Kombinacija jedno-simulacije i eksperimentiranja: Integracija simulacije i eksperimentalne verifikacije pruža sustavan analitički okvir za razumijevanje uloge ravnih-lasera u bazenu taline. Optimizacija procesa za leguru Inconel 718: Pruža strategije optimizacije za proces aditivne proizvodnje Inconel 718, posebno u smislu potencijalnih poboljšanja performansi materijala, promičući visoko{27}}kvalitetnu proizvodnju visoko{28}}temperaturnih legura. Istraživanje primjene lasera-s ravnim vrhom u fuziji sloja praha: Ova je studija po prvi put sustavno istraživala primjenu lasera s ravnim vrhom-u fuziji sloja lasera praha, pružajući nove smjernice za buduća istraživanja povezanih tehnologija.
Rezultati i rasprava 1. Učinci snage lasera i brzine skeniranja na ponašanje bazena rastaline U simulacijama i eksperimentima, istraživani su učinci različitih snaga lasera i brzina skeniranja na raspodjelu temperature, morfologiju i toplinski gradijent bazena rastaline. Rezultati pokazuju da je pri visokoj snazi lasera raspodjela temperature rastaljenog bazena jednoličnija. Laseri s-ravnim vrhom mogu učinkovito smanjiti temperaturne fluktuacije u bazenu rastaljene tvari. U usporedbi s konvencionalnim Gaussovim laserima, laseri s-ravnim vrhom pružaju stabilniju distribuciju toplinskog polja. Varijacije u brzini skeniranja značajno utječu na morfologiju i brzinu hlađenja rastaljenog bazena. Pri umjerenim brzinama skeniranja, površina bazena rastaljene je glatka, a proces hlađenja je relativno ujednačen, što pomaže u formiranju stabilnije strukture zrna. 2. Poboljšanje stabilnosti bazena rastaljene laserima s ravnom-vrhom Eksperimentalni rezultati pokazuju da kada se koriste laseri s ravnim-topom, bazen rastaljene tvari pokazuje stabilnije ponašanje tijekom laserskog skeniranja, izbjegavajući nestabilnost uzrokovanu prekomjernom toplinom gradijenti. U usporedbi s Gaussovim laserima, ravnomjerna raspodjela snage lasera s-ravnim vrhom učinkovito smanjuje fluktuacije u morfologiji rastaljenog bazena i potiče dobru fuziju, smanjujući nepravilan rast na rubovima rastaljenog bazena. Ova stabilnost je značajna za kasniji rast zrna i ujednačenost mikrostrukture, učinkovito poboljšavajući mehanička svojstva i pouzdanost materijala. 3. Usmjerenost rasta zrna Prilikom obrade legure Inconel 718 s ravnim -top laserima, eksperimenti su uočili bolju usmjerenost rasta zrna. Pod ujednačenim toplinskim poljem lasera s-ravnim vrhom, duge osi zrna nastoje rasti duž smjera laserskog skeniranja, tvoreći usmjerenu strukturu zrna. Ovaj usmjereni rast značajno poboljšava mehanička svojstva materijala, posebice vlačnu čvrstoću i otpornost na zamor. Nasuprot tome, korištenje Gaussovih lasera pokazuje snažnu nasumičnost u rastu zrna zbog nestabilnosti rastaljenog bazena, što rezultira neravnomjernom raspodjelom zrna, što dodatno utječe na sveobuhvatna mehanička svojstva materijala. 4. Optimizacija svojstava materijala Analizom mikrostrukture i mehaničkim ispitivanjem utvrđeno je da legura Inconel 718 obrađena laserima s ravnim-vrhom pokazuje izvrsna svojstva u pogledu tvrdoće, rastezanja čvrstoća i učinak na zamor: Ispitivanja tvrdoće pokazuju da uzorci obrađeni laserima s-ravnim vrhom imaju veću tvrdoću, što ukazuje na bolju gustoću materijala i strukturni integritet. Rezultati ispitivanja vlačne čvrstoće pokazuju da legure-laserom-tretirane s ravnim vrhom imaju veću čvrstoću tečenja i vlačnu čvrstoću, a način loma pokazuje ravnomjerniju raspodjelu naprezanja, sprječavajući širenje pukotine. U ispitivanjima zamora, uzorci tretirani-laserom s-ravnim vrhom imaju dulji životni vijek, što ukazuje na bolju otpornost na zamor, što ih čini prikladnima za primjene s visokim-učinkom. 5. Utjecaj toplinskog ponašanja i procesa hlađenja Tijekom hlađenja, uzorci obrađeni laserima s ravnim{33}}topom pokazuju relativno ujednačen toplinski gradijent i stabilno hlađenje brzine, izbjegavajući toplinsko naprezanje i zaostalo naprezanje koje se može pojaviti kod konvencionalnih Gaussovih lasera. Eksperimentalni rezultati pokazuju da ravnomjerniji proces hlađenja potiče jednoliku raspodjelu unutarnjih naprezanja u materijalu, sprječavajući deformacije i pucanje uzrokovane prekomjernim toplinskim naprezanjem.
6. Kombinacija simulacijskih i eksperimentalnih rezultata Visoka dosljednost između simulacijskih i eksperimentalnih rezultata ukazuje na to da laser s ravnim -vrhom ima značajne prednosti u poboljšanju stabilnosti bazena taline, orijentacije rasta zrna i svojstava materijala. Rezultati simulacije daju teoretsku osnovu i potvrđuju učinkovitu kontrolu toplinskog ponašanja bazena taline i rasta zrna laserom s ravnim-topom. Eksperimentalni podaci dodatno potvrđuju ovu teoriju, potvrđujući poboljšanje svojstava materijala pomoću lasera s-ravnim vrhom kroz ispitivanja tvrdoće, vlačne čvrstoće i zamora. Rasprava i zaključak U usporedbi s Gaussovim laserom, laser s-ravnim vrhom pruža značajne prednosti u stabilnosti bazena taline i orijentaciji rasta zrna. Njegova ravnomjerna raspodjela snage učinkovito poboljšava stabilnost bazena taline, smanjuje nepravilne promjene oblika bazena taline i potiče usmjereni rast zrna u materijalu. Optimiziranje svojstava materijala: laser-s ravnim vrhom ne samo da poboljšava ponašanje bazena taline, već i značajno poboljšava mehanička svojstva legure Inconel 718, pokazujući značajne prednosti u tvrdoći, vlačnoj čvrstoći i otpornosti na zamor. Ova studija pokazuje da primjena ravnih-top lasera u fuziji sloja laserskog praha ne samo da poboljšava stabilnost bazena taline, već također pruža novi tehnički put za proizvodnju materijala visokih-učinkovitosti, sa širokim izgledima za primjenu, posebno u zrakoplovstvu, energetici i drugim poljima. Ovo istraživanje nudi nove ideje za aditivnu proizvodnju materijala od legura visokih{16}}učinkovitosti. U budućnosti se procesni parametri mogu dodatno optimizirati i više izvora lasera može se istražiti za upotrebu u visoko{18}}temperaturnim legurama, promičući široku primjenu tehnologije aditivne proizvodnje u industrijskoj proizvodnji.
