01
บทนำกระดาษ
Directed Energy Deposition (DED)-หรือที่เรียกว่าการหุ้มด้วยเลเซอร์-เป็นเทคนิคการผลิตแบบเติมเนื้อที่ใช้เลเซอร์กำลังสูง-รวมกับระบบป้อนผงโคแอกเซียลเพื่อสร้างส่วนประกอบโลหะทีละชั้น แตกต่างจากกระบวนการหล่อและกระบวนการตัดเฉือนแบบดั้งเดิม คุณสมบัติทางกลของชั้นที่สะสมใน DED อาจแตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากความผันผวนอย่างต่อเนื่องของพารามิเตอร์การประมวลผล-เช่น ความสูงของชั้น ความเร็วในการสแกน และกำลังเลเซอร์-ในระหว่างกระบวนการผลิต แม้จะมีความก้าวหน้ามากมายในเทคโนโลยี DED แต่การวิจัยเกี่ยวกับการประเมิน *ในแหล่งกำเนิด* ของคุณสมบัติทางกล- เช่น โมดูลัสของ Young และอัตราส่วนปัวซอง- ในระหว่างการประมวลผลยังคงขาดแคลน สิ่งนี้ทำให้การตรวจสอบ *ในสถานที่* และการประกันคุณภาพมีความสำคัญอย่างยิ่ง
02
**ภาพรวมการศึกษา**
การศึกษานี้พัฒนาเทคนิคแบบไม่-สัมผัสในแหล่งกำเนิด-สำหรับการประเมินคุณสมบัติทางกลของวัสดุที่ผ่านกระบวนการสะสมพลังงานโดยตรง (DED) เทคนิคที่เป็นนวัตกรรมใหม่นี้รวมอัลตราโซนิกเลเซอร์ femtosecond เข้ากับการขัดด้วยเลเซอร์เพื่อให้สามารถประเมินโมดูลัสของ Young และอัตราส่วนของปัวซองแบบไม่-สัมผัสและไม่ทำลาย{4}}ได้อย่างสมบูรณ์ ด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่สร้างด้วยเลเซอร์ femtosecond- ในช่วงความถี่ GHz ถึง THz ระบบจึงได้รับความละเอียดเชิงพื้นที่ต่ำกว่า-ไมครอน ดังนั้นจึงช่วยอำนวยความสะดวกในการประเมิน-คุณภาพระดับสูง-ต่อ-ชั้น เพื่อจัดการกับความท้าทายในการตรวจจับสัญญาณอัลตราโซนิกท่ามกลางความขรุขระของพื้นผิวที่เกิดจากชั้นที่สะสมอยู่ ทีมวิจัยได้ใช้-การขัดเงาด้วยเลเซอร์ในแหล่งกำเนิด-แทนที่จะใช้การขัดเงาด้วยกลไกแบบดั้งเดิม- ซึ่งเพิ่มความสามารถในการตรวจจับของคลื่นอัลตราโซนิกได้อย่างมีนัยสำคัญ การทดสอบที่ดำเนินการภายใต้สภาวะการประมวลผล DED ต่างๆ แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางกลที่ประเมินโดยเทคนิคนี้มีความสอดคล้องกับผลลัพธ์ที่ได้จากการทดสอบแรงดึงอิสระหลังจากกระบวนการผลิตเสร็จสมบูรณ์
03
**ภาพประกอบวิเคราะห์**
รูปที่ 1 แสดงภาพรวมแผนผังของขั้นตอนการทำงานโดยรวมสำหรับ-เทคนิคการประเมินคุณสมบัติเชิงกลในแหล่งกำเนิด ภายในกระบวนการ DED โดยแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงขั้นตอนหลัก-ที่เริ่มต้นจากวัสดุพิมพ์- ซึ่งจะทำให้การประมาณค่าโมดูลัสของ Young และอัตราส่วนของปัวซองของชั้นที่สะสมเสร็จสมบูรณ์ตามลำดับผ่านสี่ขั้นตอนที่แตกต่างกัน: ขั้นตอนที่ 1 ใช้เลเซอร์ DED เพื่อดำเนินการกระบวนการ DED หลอมรวมและสะสมผงโลหะเพื่อสร้างชั้น DED ที่มีพื้นผิวหยาบและความหนาประมาณ 100 μm; ขั้นตอนที่ 2-มีวัตถุประสงค์ใหม่ในการใช้เลเซอร์ขัดเงา (ซึ่งอาจเป็นอุปกรณ์เดียวกับเลเซอร์ DED) เพื่อทำการขัดเงาด้วยเลเซอร์ ผ่านการถลุงใหม่ กระบวนการนี้จะสร้างชั้นการถลุงเรียบอีกครั้งบนพื้นผิวของวัสดุที่สะสม ช่วยลดความหยาบเฉลี่ยเลขคณิตลงเหลือประมาณ 0.3 μm; ขั้นตอนที่ 3 ใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีเพื่อกระตุ้นและวัดคลื่นอัลตราโซนิกภายในช่วงความถี่ GHz–THz ภายในบริเวณที่แข็งตัวหลังจากการขัดเงา ขั้นตอนที่ 4 ประมาณค่าโมดูลัสของ Young และอัตราส่วนของปัวซองโดยอิงตามสัญญาณอัลตราโซนิกที่วัดได้ ร่วมกับความสัมพันธ์ของความเครียด- แผนภาพยังมีคำอธิบายประกอบที่เกี่ยวข้องซึ่งเน้นอุปกรณ์เลเซอร์หลักและการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่เกี่ยวข้องกับแต่ละขั้นตอน ดังนั้นจึงเป็นการสาธิตด้วยภาพคุณลักษณะที่ไม่-สัมผัสและไม่-ทำลายล้างของเทคนิคตลอดขั้นตอนการทำงาน "การสะสม–การขัดเงา–การตรวจจับ–การประมาณค่า" ทั้งหมด
รูปที่ 2 นำเสนอการวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบที่ครอบคลุมเพื่อตรวจสอบผลกระทบของการขัดด้วยเลเซอร์ต่อความหยาบพื้นผิวของชั้นโลหะ DED การวิเคราะห์ประกอบด้วยสามส่วนย่อย-(a), (b) และ (c)- ดำเนินการในสามมิติ: พารามิเตอร์เชิงปริมาณ สัณฐานวิทยามหภาค และภูมิประเทศด้วยกล้องจุลทรรศน์ โดยมุ่งเน้นไปที่ชุดพารามิเตอร์การขัดเงาที่เหมาะสมที่สุดซึ่งระบุไว้สำหรับชิ้นงาน I-11 รูปย่อย (a) แสดงตารางเชิงปริมาณของค่าความหยาบพื้นผิวที่สอดคล้องกับการผสมผสานพารามิเตอร์การขัดที่แตกต่างกัน 16 แบบ ซึ่งครอบคลุมกำลังการขัด 200–350 W และความเร็วในการขัด 13–21 มม./วินาที ตารางนี้อธิบายค่า Ra จริงที่วัดหลังจากการขัดแทร็กชั้นเดียว 16- บนชิ้นงาน I ซึ่งระบุค่าผสม 300 W + 18 mm/s อย่างชัดเจนเป็นชุดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด (I-11, Ra=0.31 μm) นอกจากนี้ ยังเน้นย้ำถึงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับช่วงพารามิเตอร์อื่นๆ-โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ค่าความหยาบที่สูงขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากการผสม-กำลังต่ำ -ความเร็วต่ำ และแนวโน้มของการผสม-กำลังสูง ความเร็วต่ำ{- เพื่อกระตุ้นให้เกิดพื้นผิวเป็นคลื่นเนื่องจากการระเหยของผง Subfigure (b) นำเสนอการเปรียบเทียบด้วยตาเปล่าของชิ้นงาน I-11 ก่อนและหลังการขัดเงาด้วยพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งแสดงให้เห็นการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในด้านความเรียบและความสม่ำเสมอของพื้นผิวหลังกระบวนการขัดเงา รูปย่อย (c) ให้มุมมองเปรียบเทียบของภาพกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (ที่ระดับสม่ำเสมอ 40 μm) แสดงชิ้นงาน I-11 หลังจากการขัดเงาที่เหมาะสมที่สุด (ซ้าย) เทียบกับสถานะที่ไม่ขัดเงา (ขวา); พื้นผิวที่ไม่ขัดเงานั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยอนุภาคผงที่ไม่ได้ผสมอยู่จำนวนมาก ความไม่สม่ำเสมออย่างมีนัยสำคัญ และลักษณะที่เข้มขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากการกระเจิงของแสง ในขณะที่พื้นผิวขัดเงาแทบไม่มีผงที่ไม่ได้ผสมอยู่ ปรากฏแบนและเรียบเนียน และแสดงการสะท้อนแสงที่สม่ำเสมอ ในที่สุด ชุดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดนี้จะลดความหยาบของพื้นผิวจากค่าเริ่มต้นที่ 4.2 μm เป็น 0.31 μm หรืออัตราการปรับปรุงที่ 93% จากการเปรียบเทียบไตรภาคีซึ่งครอบคลุมข้อมูลเชิงปริมาณ สัณฐานวิทยามหภาค และภูมิประเทศด้วยกล้องจุลทรรศน์ ตัวเลขดังกล่าวจะตรวจสอบประสิทธิภาพของการขัดด้วยเลเซอร์ในการลดความหยาบผิวของชั้นโลหะ DED ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกันก็สร้างพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขัดด้วยเลเซอร์
