01
Bildiri Girişi
Lazer katkılı üretim genellikle yüksek sıcaklık değişimlerinden dolayı kaba taneciklerle sonuçlanır. Geleneksel temas-tipi ultrasonik yardım, tanecikleri inceltebilir ancak iki büyük zorlukla karşı karşıyadır: birincisi, baskı yüksekliği arttıkça ultrasonik enerji azalır, bu da büyük bileşenlerin üst kısımlarında iri taneciklerin oluşmasına yol açar; ikinci olarak, yüksek-yoğunluktaki ultrason, kolayca gözenek kusurları oluşturan kavitasyon etkilerini tetikleyebilir.
Northwestern Politeknik Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, ultrasonik cihazı nozulla entegre eden ve ultrasonu bir hava ortamı aracılığıyla ileten -temassız bir ultrasonik teknoloji önerdi. Bu yöntem, büyük Inconel 718 ve 316L örneklerinin tüm yüksekliği boyunca eşit derecede yoğun ince eş eksenli tane yapıları elde etmek için saf akustik akış efektlerinden yararlanarak "tane incelmesinin kavitasyona dayanması gerektiği" yönündeki geleneksel inancı yıkıyor, gücü önemli ölçüde artırıyor ve büyük bileşenlerdeki düzensiz mikro yapılardan kaynaklanan endüstri sorununu ele alıyor.
02
Genel Bakış
Bu çalışma, ultrason-destekli katmanlı üretimde düzensiz mikro yapı ve kusur duyarlılığından kaynaklanan darboğazları ele almayı amaçlamaktadır. Araştırma ekibi, lazer kafasıyla birlikte hareket eden, -temassız bir ultrasonik sistem geliştirdi ve böylece eriyik havuzunun kavitasyon eşiğinin altında sabit bir enerji girişi almasını sağladı.
Deneyler, baskı yüksekliği 15 mm'yi aştığında geleneksel temaslı ultrasonun başarısız olduğunu gösterirken, yeni teknoloji kavitasyon kusurları olmadan 100 mm yükseklikte tek tip ince tanecikleri korur. Mekanistik araştırmalar, düşük-yoğunluktaki ultrasonun, eriyik havuzunda yüksek-frekanslı salınımlı akışı (akustik akış) tetiklediğini, büyüyen dendrit kollarının yorgunluk kırılmasına uğramasına ve yeni çekirdekler oluşturmasına, dolayısıyla tanelerin incelmesine neden olduğunu göstermektedir. Bu keşif, akademik topluluğun-ultrasonla tane arıtma mekanizması hakkındaki tek taraflı anlayışını düzeltir ve yüksek-performanslı metal katmanlı üretim için evrensel ve güvenilir yeni bir yaklaşım sağlar.
03
Resimli Analiz
Şekil 1, iki teknik yaklaşımın doğrudan karşılaştırmasını sunmaktadır. Şekil (a), bu çalışmada önerilen -temassız modu göstermektedir; burada ultrasonik dönüştürücü, sabit enerji girişi sağlamak üzere nozül ile birlikte hareket eder; Şekil (b), ultrasonun alt tabaka aracılığıyla iletildiği geleneksel temas modunu göstermektedir. Büyük-boyutlu numunelerin (f-h) EBSD sonuçlarından, temas yönteminin (h) numunenin üst kısmında başarısız olduğu, tanelerin sütunlu yapılar halinde kabalaştığı görülebilir; oysa temassız-yöntem (f), 100 mm yüksekliğin tamamı boyunca tekdüze ince eşeksenli taneleri korur. Ek olarak, Şekiller (i-k)'deki mekanik performans verileri, temassız yöntemin (LU) yalnızca gücü önemli ölçüde artırmakla kalmayıp aynı zamanda çok düşük veri dağılımı gösterdiğini ve sürecin yüksek güvenilirliğini ortaya koyduğunu göstermektedir.
Şekil 2'de kusur kontrolünde düşük-yoğunluklu ultrasonun avantajları vurgulanmaktadır. Şekil (a-i)'deki tek-yol kaplamasının morfolojisi, ultrason yoğunluğu yüksek bir aralığa arttıkça, eriyik izlerinin şiddetli şişkinlik, çukurlar ve hatta süreksizlikler (i) sergilediğini göstermektedir; bunlar, kavitasyon kabarcıklarının şiddetli çöküşünden kaynaklanmaktadır. Buna karşılık, düşük-yoğunluklu ultrasonla (b-e) işlenen eriyik izleri, ultrasonsuz durumla karşılaştırılabilecek şekilde pürüzsüz ve sürekli yüzeylere sahiptir. CT tarama sonuçları (k-p) gözenekliliği daha da nicelleştirir; yüksek-yoğunluklu ultrason gözeneklilikte bir artışa yol açarken, bu çalışmada kullanılan düşük{11}}yoğunluklu ultrason gözenekliliği çok az artırarak yazdırılan parçaların yüksek yoğunluğunu sağlar.
04
Özet
1. Büyük metal parçalar üretirken geleneksel temaslı yüksek-yoğunluklu ultrasonik tekniklerin-düzensiz mikro yapı ve dahili kusurlardan- kaynaklanan iki ana sorununu etkili bir şekilde ortadan kaldıran, -temassız, düşük-yoğunluklu ultrasonik-destekli lazer katkılı üretim teknolojisi önerildi ve başarıyla uygulandı;
2. Mekanistik araştırma yoluyla, akademideki ultrasonik tanecik iyileştirme mekanizmalarıyla ilgili geleneksel tek taraflı anlayışı düzelterek, yüksek-frekanslı salınımlı akışların dendrit yorulma kırılmasına neden olduğu, önemli miktarda tanecik incelmesi ve homojenizasyon elde ettiği saf akustik akış etkisini gösterdi;
3. Bu teknoloji, Inconel 718 ve 316L gibi çeşitli metallerin katmanlı üretimi için yüksek-performanslı, son derece tutarlı bir genel çözüm sağlar;
4. Araştırma sonuçları yalnızca katmanlı imalat alanında pratik olarak değerli olmakla kalmıyor, aynı zamanda kaynak ve kaplama gibi erimiş havuz katılaştırmasını içeren diğer işleme teknolojileri için önemli teorik temeller ve süreç rehberliği sağlıyor.
