01
บทนำกระดาษ
การผลิตสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์มักส่งผลให้เกิดเกรนหยาบเนื่องจากการไล่ระดับที่อุณหภูมิสูง ความช่วยเหลือด้วยอัลตราโซนิกแบบสัมผัส-แบบดั้งเดิมสามารถปรับเกรนของเมล็ดพืชได้ แต่เผชิญกับความท้าทายที่สำคัญสองประการ ประการแรก พลังงานอัลตราโซนิกจะลดลงเมื่อความสูงของการพิมพ์เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดเกรนหยาบที่ด้านบนของส่วนประกอบขนาดใหญ่ ประการที่สอง อัลตราซาวนด์ความเข้มสูง-สามารถกระตุ้นให้เกิดการเกิดโพรงอากาศที่ทำให้เกิดข้อบกพร่องของรูพรุนได้ง่าย
ทีมวิจัยจาก Northwestern Polytechnical University เสนอเทคโนโลยีอัลตราโซนิกแบบไม่สัมผัส- โดยบูรณาการอุปกรณ์อัลตราโซนิกเข้ากับหัวฉีด และแนะนำอัลตราซาวนด์ผ่านตัวกลางในอากาศ วิธีการนี้ทำลายความเชื่อดั้งเดิมที่ว่า "การปรับแต่งเกรนต้องอาศัยคาวิเทชั่น" โดยใช้เอฟเฟกต์การสตรีมเสียงล้วนๆ เพื่อให้ได้โครงสร้างเกรนที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอและละเอียดสม่ำเสมอตลอดความสูงเต็มของตัวอย่าง Inconel 718 และ 316L ขนาดใหญ่ ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งได้อย่างมาก และจัดการกับความท้าทายทางอุตสาหกรรมเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคที่ไม่สม่ำเสมอในส่วนประกอบขนาดใหญ่
02
ภาพรวม
การศึกษานี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อจัดการกับปัญหาคอขวดของโครงสร้างจุลภาคที่ไม่สม่ำเสมอและความไวต่อข้อบกพร่องในการผลิตสารเติมแต่งที่ใช้อัลตราซาวนด์{0}} ทีมวิจัยได้พัฒนาระบบอัลตราโซนิกแบบไม่สัมผัส-ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยหัวเลเซอร์ เพื่อให้แน่ใจว่าบ่อหลอมเหลวจะได้รับพลังงานที่ป้อนเข้าอย่างต่อเนื่องต่ำกว่าเกณฑ์การเกิดโพรงอากาศ
การทดลองแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์สัมผัสแบบดั้งเดิมล้มเหลวเมื่อความสูงของการพิมพ์เกิน 15 มม. ในขณะที่เทคโนโลยีใหม่จะรักษาเม็ดละเอียดที่สม่ำเสมอภายในความสูง 100 มม. โดยไม่มีข้อบกพร่องของโพรงอากาศ การศึกษาเชิงกลไกระบุว่าอัลตราซาวนด์ความเข้มต่ำ-ทำให้เกิดกระแสการสั่นความถี่สูง- (การสตรีมแบบอะคูสติก) ในสระที่ละลาย ส่งผลให้แขนเดนไดรต์ที่กำลังเติบโตเกิดการแตกหักเมื่อยล้าและสร้างนิวเคลียสใหม่ ดังนั้นจึงทำให้เมล็ดละเอียดขึ้น การค้นพบนี้แก้ไขความเข้าใจด้านเดียวของชุมชนวิชาการ-เกี่ยวกับกลไกการปรับแต่งเกรนอัลตราซาวนด์ และมอบแนวทางใหม่ที่เป็นสากลและเชื่อถือได้สำหรับการผลิตสารเติมแต่งโลหะที่มีประสิทธิภาพสูง-
03
การวิเคราะห์ภาพประกอบ
รูปที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบโดยตรงของทั้งสองแนวทางทางเทคนิค รูปที่ (a) แสดงโหมดที่ไม่ใช่-การสัมผัสที่เสนอในการศึกษานี้ โดยที่ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกเคลื่อนที่ด้วยหัวฉีดเพื่อให้แน่ใจว่ามีการป้อนพลังงานคงที่ รูปที่ (b) แสดงให้เห็นถึงโหมดการสัมผัสแบบดั้งเดิม โดยที่อัลตราซาวนด์จะถูกส่งผ่านวัสดุพิมพ์ จากผลลัพธ์ EBSD ของกลุ่มตัวอย่างขนาดใหญ่- (f-h) จะเห็นได้ว่าวิธีการสัมผัส (h) ล้มเหลวที่ส่วนบนของตัวอย่าง โดยมีเกรนหยาบเป็นโครงสร้างเรียงเป็นแนว ในขณะที่วิธีการไม่-สัมผัสกัน (f) จะรักษาเกรนที่มีความสมดุลและละเอียดสม่ำเสมอตลอดความสูง 100 มม. ทั้งหมด นอกจากนี้ ข้อมูลประสิทธิภาพเชิงกลในตัวเลข (i-k) บ่งชี้ว่าวิธีการไม่-สัมผัส (LU) ไม่เพียงแต่ปรับปรุงความแข็งแกร่งอย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังแสดงการกระจายของข้อมูลที่ต่ำมาก ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความน่าเชื่อถือสูงของกระบวนการ
รูปที่ 2 เน้นย้ำถึงข้อดีของอัลตราซาวนด์ความเข้มต่ำ-ในการควบคุมข้อบกพร่อง ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของการหุ้มรางเดี่ยว-ในรูป (a-i) แสดงให้เห็นว่าเมื่อความเข้มของอัลตราซาวนด์เพิ่มขึ้นเป็นช่วงที่สูง รางที่หลอมละลายจะแสดงส่วนนูนอย่างรุนแรง หลุม และแม้กระทั่งความไม่ต่อเนื่อง (i) ซึ่งเกิดจากการยุบตัวอย่างรุนแรงของฟองอากาศในโพรงอากาศ ในทางตรงกันข้าม เส้นหลอมเหลวที่บำบัดด้วยอัลตราซาวนด์ความเข้มต่ำ-(b-e) มีพื้นผิวเรียบและต่อเนื่อง เทียบได้กับสภาวะที่ไม่มีอัลตราซาวนด์ ผลการสแกน CT (k-p) จะช่วยหาปริมาณความพรุนเพิ่มเติม อัลตราซาวนด์ความเข้มสูง-ทำให้เกิดความพรุนเพิ่มขึ้น ในขณะที่อัลตราซาวนด์ความเข้มต่ำ-ที่ใช้ในการศึกษานี้แทบจะไม่เพิ่มความพรุนเลย ทำให้มั่นใจได้ว่าชิ้นส่วนที่พิมพ์มีความหนาแน่นสูง
04
สรุป
1. เสนอและประสบความสำเร็จในการใช้เทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์แบบใช้เลเซอร์ที่มีความเข้มข้นต่ำ-แบบสัมผัสต่ำ-ช่วย- ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยหลีกเลี่ยงปัญหาหลักสองประการของเทคนิคอัลตราโซนิกที่มีการสัมผัสสูงแบบเดิม-อย่างมีประสิทธิภาพ-โครงสร้างจุลภาคที่ไม่สม่ำเสมอและข้อบกพร่องภายใน- เมื่อผลิตชิ้นส่วนโลหะขนาดใหญ่
2. ด้วยการวิจัยเชิงกลไก ได้แก้ไขความเข้าใจด้านเดียว-แบบดั้งเดิมในแวดวงวิชาการเกี่ยวกับกลไกการปรับแต่งเกรนอัลตราโซนิก แสดงให้เห็นถึงเอฟเฟกต์การสตรีมแบบอะคูสติกบริสุทธิ์ โดยที่กระแสการสั่นความถี่สูง-ทำให้เกิดการแตกหักเมื่อยล้าของเดนไดรต์ บรรลุถึงการปรับแต่งเกรนอย่างมีนัยสำคัญและทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน
3. เทคโนโลยีนี้มอบโซลูชันทั่วไปประสิทธิภาพสูง{1}}ที่มีความสม่ำเสมอสูงสำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อของโลหะชนิดต่างๆ เช่น Inconel 718 และ 316L
4. ผลการวิจัยไม่เพียงแต่มีคุณค่าในทางปฏิบัติในด้านการผลิตแบบเติมเนื้อเท่านั้น แต่ยังให้รากฐานทางทฤษฎีที่สำคัญและแนวทางกระบวนการสำหรับเทคโนโลยีการประมวลผลอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการแข็งตัวของบ่อหลอมเหลว เช่น การเชื่อมและการหุ้ม
