01
Bildiri Girişi
Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme (DED)-aynı zamanda lazer kaplama olarak da bilinir-, metal bileşenleri katman katman üretmek için yüksek-güçte bir lazeri koaksiyel toz besleme sistemiyle birleştiren bir katmanlı üretim tekniğidir. Geleneksel döküm ve işleme süreçlerinden farklı olarak, DED'de biriktirilen katmanların mekanik özellikleri, üretim süreci sırasında katman yüksekliği, tarama hızı ve lazer gücü gibi-işleme parametrelerinin-sürekli dalgalanması nedeniyle önemli ölçüde farklılık gösterebilir. DED teknolojisinde elde edilen çok sayıda ilerlemeye rağmen, işleme sırasında Young modülü ve Poisson oranı gibi-mekanik özelliklerin *yerinde*-değerlendirilmesine yönelik araştırmalar-azdır; bu, *yerinde* izleme ve kalite güvencesini özellikle kritik hale getirir.
02
**Çalışmaya Genel Bakış**
Bu çalışma, Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme (DED) yöntemiyle işlenen malzemelerin mekanik özelliklerini değerlendirmek için-temassız, yerinde- bir teknik geliştirmektedir. Bu yenilikçi teknik, Young modülü ve Poisson oranının tamamen temassız ve-tahribatsız bir değerlendirmesini mümkün kılmak için femtosaniye lazer ultrasonikleri lazer parlatmayla birleştirir. Sistem, GHz ila THz frekans aralığında femtosaniye lazer-oluşturulan ultrasonik dalgaları kullanarak,-mikron altı uzamsal çözünürlüğe ulaşır, böylece yüksek-kaliteli, katman-katman değerlendirmesini kolaylaştırır. Araştırma ekibi, biriktirilen katmanlara özgü yüzey pürüzlülüğü ortasında ultrasonik sinyalleri tespit etme zorluğunu çözmek için, geleneksel mekanik cilalama yerine-yerinde lazer cilalama-kullandı ve bu, ultrasonik dalgaların tespit edilebilirliğini önemli ölçüde artırdı. Çeşitli DED işleme koşulları altında gerçekleştirilen testler, bu teknikle değerlendirilen mekanik özelliklerin, imalat süreci tamamlandıktan sonra gerçekleştirilen bağımsız çekme testlerinden elde edilen sonuçlarla yüksek derecede tutarlılık sergilediğini gösterdi.
03
**Resimli Analiz**
Şekil 1, DED süreci içindeki yerinde-mekanik özellik değerlendirme tekniği için genel iş akışına şematik bir genel bakış sunmaktadır. Bu, -alt tabakadan başlayarak-, biriktirilen katmanın Young modülü ve Poisson oranının tahminini dört farklı adımla sırayla tamamlayan temel prosedürü açıkça göstermektedir: Adım 1, DED işlemini yürütmek için DED lazerini kullanır, pürüzlü bir yüzeye ve yaklaşık 100 μm kalınlığa sahip bir DED katmanı oluşturmak için metal tozunu eritip biriktirir; 2. Adım, lazerle parlatma gerçekleştirmek için bir parlatma lazerini (DED lazerle aynı cihaz olabilir) yeniden amaçlar; Yeniden eritme yoluyla bu işlem, biriktirilen malzemenin yüzeyinde pürüzsüz, yeniden eritilmiş bir katman oluşturur ve aritmetik ortalama pürüzlülüğü yaklaşık 0,3 μm'ye düşürür; Adım 3'te, cilalamanın ardından katılaşmış bölge içindeki GHz-THz frekans aralığındaki ultrasonik dalgaları uyarmak ve ölçmek için bir femtosaniye lazer kullanılır; 4. Adım, ölçülen ultrasonik sinyallere ve gerilim-gerinim ilişkilerine dayalı olarak Young modülünü ve Poisson oranını tahmin eder. Diyagram aynı zamanda temel lazer ekipmanını ve her adımla ilişkili yüzey morfolojik değişikliklerini vurgulayan ilgili ek açıklamaları da içerir; böylece tekniğin tüm "birikim-parlatma-tespit-tahmin" iş akışı boyunca tamamen temassız ve tahribatsız-karakteristiklerinin görsel bir gösterimini sağlar.
Şekil 2, lazer cilalamanın DED metal katmanlarının yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisini araştıran kapsamlı bir karşılaştırmalı analiz sunmaktadır. Üç alt şekil-(a), (b) ve (c)-içeren analiz üç boyutta gerçekleştirilir: niceliksel parametreler, makroskobik morfoloji ve mikroskobik topografya; merkezi olarak örnek I-11 için tanımlanan optimum parlatma parametreleri kümesine odaklanılır. Alt şekil (a), 200–350 W parlatma güçlerini ve 13–21 mm/s parlatma hızlarını kapsayan 16 farklı parlatma parametresi kombinasyonuna karşılık gelen yüzey pürüzlülüğü değerlerinin kantitatif bir tablosunu görüntüler. Bu tablo, numune I üzerindeki 16 tek-katmanlı izin cilalanmasından sonra ölçülen gerçek Ra değerlerine açıklama ekleyerek 300 W + 18 mm/s kombinasyonunu optimum parametre seti olarak açıkça tanımlar (I-11, Ra=0.31 μm); ayrıca diğer parametre aralıklarıyla ilişkili sorunları, özellikle de düşük-güç, yüksek-hız kombinasyonlarından kaynaklanan daha yüksek pürüzlülük değerlerini ve yüksek-güç, düşük-hız kombinasyonlarının toz buharlaşması nedeniyle yüzey dalgalanmasına neden olma eğilimini vurgular. Alt şekil (b), cilalama işleminden önce ve sonra optimum parametrelerle numune I-11'in yakından makroskobik karşılaştırmasını sunar ve cilalama işleminin ardından yüzey düzlüğünde ve tekdüzelikte önemli bir iyileşmeyi görsel olarak gösterir. Alt şekil (c), numune I-11'i optimum cilalamadan (solda) ve cilalanmamış durumuna (sağda) gösteren optik mikroskop görüntülerinin (40 μm tutarlı bir ölçekte) karşılaştırmalı bir görünümünü sağlar; cilalanmamış yüzey, çok sayıda kaynaşmamış toz partikülü, belirgin düzensizlik ve ışık saçılımından kaynaklanan daha koyu bir görünüm ile karakterize edilirken, cilalı yüzey neredeyse erimemiş toz içermez, düz ve pürüzsüz görünür ve tekdüze ışık yansıması sergiler. Sonuçta, bu optimal parametre seti yüzey pürüzlülüğünü başlangıç değeri olan 4,2 μm'den 0,31 μm'ye düşürdü; bu da %93'lük bir iyileşme oranıdır. Niceliksel verileri, makroskopik morfolojiyi ve mikroskobik topografyayı kapsayan bu üçlü karşılaştırma yoluyla şekil, lazer parlatmanın DED metal katmanlarının yüzey pürüzlülüğünü azaltmadaki etkinliğini etkili bir şekilde doğrularken aynı zamanda lazer parlatma için en uygun işlem parametrelerini oluşturur.
