ความเป็นมาของการวิจัย ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (AM) โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ผงเบดฟิวชัน (LPBF) อย่างแพร่หลาย โลหะผสม Inconel 718 ได้กลายเป็นวัสดุที่สำคัญในด้านการบินและอวกาศ พลังงาน และสาขาการผลิตระดับไฮเอนด์อื่นๆ- เนื่องจากมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ความดันสูงและการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ในระหว่างกระบวนการฟิวชั่นแบบผงเลเซอร์ พฤติกรรมทางความร้อนของโลหะผสม ความเสถียรของพูลที่หลอมละลาย และการเติบโตของเกรนจะส่งผลอย่างมากต่อคุณสมบัติของวัสดุขั้นสุดท้าย เลเซอร์เกาส์เซียนแบบดั้งเดิมมักใช้สำหรับการประมวลผลดังกล่าว แต่เนื่องจากการกระจายพลังงานที่ไม่สม่ำเสมอ จึงมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดความไม่เสถียรของแหล่งหลอมเหลวและการเติบโตของเกรนที่ไม่สม่ำเสมอ เลเซอร์ด้านบนเรียบ-ซึ่งมีลักษณะการกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอ อาจให้การควบคุมความเสถียรของบ่อหลอมและการเติบโตของเกรนในทิศทางที่ดีกว่า การวิจัยการใช้เลเซอร์แบบเรียบ-ในฟิวชั่นผงเลเซอร์นั้นคาดว่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของโลหะผสม Inconel 718 ให้เหมาะสม และให้พื้นฐานทางทฤษฎีและการสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับการผลิต-คุณภาพสูง
วิธีการวิจัย การศึกษานี้ใช้การผสมผสานระหว่างการจำลองและการทดลองเพื่อตรวจสอบผลกระทบของเลเซอร์บนสุด-ต่อพฤติกรรมของสระหลอมเหลวและการเติบโตของเกรนในระหว่างการหลอมผงเลเซอร์เบดของโลหะผสม Inconel 718 การจำลองการสแกนแทร็กเดี่ยว-ได้ดำเนินการเพื่อศึกษาอิทธิพลของพารามิเตอร์ เช่น กำลังเลเซอร์และความเร็วในการสแกนต่อการกระจายอุณหภูมิของของเหลวหลอมเหลว สัณฐานวิทยาของของเหลวละลาย และการไล่ระดับความร้อน จากผลการจำลอง การตรวจสอบการทดลองเพิ่มเติมได้ดำเนินการโดยใช้เลเซอร์ด้านบนแบน-กำลังสูง-สำหรับการหลอมผงเบดของ Inconel 718 โดยสังเกตและวิเคราะห์สัณฐานวิทยาของบ่อหลอม ขนาดเกรน และคุณสมบัติของวัสดุ ในระหว่างการทดลอง เทคนิคต่างๆ เช่น การสังเกตโครงสร้างจุลภาค การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์- และการทดสอบสมบัติเชิงกลถูกนำมาใช้เพื่อประเมินการเติบโตของเกรน ความแข็งของวัสดุ และคุณสมบัติแรงดึงอย่างครอบคลุม ความสำคัญของการศึกษา การศึกษานี้มีคุณค่าทางทฤษฎีและวิศวกรรมที่สำคัญ การนำเลเซอร์ด้านบนแบน-มาใช้สามารถปรับปรุงปัญหาต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น ความไม่เสถียรของแหล่งหลอมละลายและการเติบโตของเกรนที่ผิดปกติซึ่งเกิดขึ้นกับเลเซอร์ Gaussian แบบเดิมในระหว่างการประมวลผลโลหะผสม ทำให้เกิดแนวทางทางเทคโนโลยีใหม่สำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อของ Inconel 718 ผลลัพธ์ที่ได้นำเสนอข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติมของกระบวนการฟิวชั่นเบดผงเลเซอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการประมวลผลวัสดุโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง- พร้อมแนวโน้มการใช้งานทางวิศวกรรมในวงกว้าง นอกจากนี้ การศึกษานี้ยังให้คำแนะนำสำหรับการออกแบบกระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อของวัสดุประสิทธิภาพสูงอื่นๆ- ซึ่งส่งเสริมการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อในการบินและอวกาศและสาขาอื่นๆ การเปรียบเทียบนวัตกรรมระหว่างเลเซอร์แบบเกาส์เซียนแบบเรียบ-บนและแบบดั้งเดิม: โดยการเปรียบเทียบการใช้เลเซอร์แบบราบ-บนสุดกับเลเซอร์แบบเกาส์เซียนแบบดั้งเดิมในการหลอมรวมด้วยผงเลเซอร์ เผยให้เห็นถึงข้อดีของเลเซอร์แบบเรียบ-บนสุดในด้านเสถียรภาพของบ่อหลอมและการควบคุมการเติบโตของเกรน การผสมผสานระหว่างการจำลองแทร็กเดียวและการทดลอง: การบูรณาการการจำลองและการตรวจสอบการทดลองทำให้เกิดกรอบการวิเคราะห์ที่เป็นระบบสำหรับการทำความเข้าใจบทบาทของเลเซอร์แบน-ชั้นนำในแหล่งหลอมละลาย การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการสำหรับโลหะผสม Inconel 718: นำเสนอกลยุทธ์ในการเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับกระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อของ Inconel 718 โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของการปรับปรุงศักยภาพในประสิทธิภาพของวัสดุ ส่งเสริมการผลิต-คุณภาพสูงของโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง- การสำรวจการใช้งานเลเซอร์ด้านบนเรียบ-ในการหลอมรวมด้วยผงแป้ง: การศึกษานี้สำรวจการประยุกต์ใช้เลเซอร์ด้านบนเรียบ-อย่างเป็นระบบเป็นครั้งแรกในการหลอมรวมด้วยผงแป้งด้วยเลเซอร์ ซึ่งให้แนวทางใหม่สำหรับการวิจัยในอนาคตในเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง
ผลลัพธ์และการอภิปราย 1. ผลกระทบของกำลังเลเซอร์และความเร็วในการสแกนต่อพฤติกรรมของพูลหลอมเหลว ในทั้งการจำลองและการทดลอง ได้มีการสำรวจผลกระทบของกำลังเลเซอร์และความเร็วในการสแกนที่แตกต่างกันต่อการกระจายอุณหภูมิ สัณฐานวิทยา และการไล่ระดับความร้อนของพูลหลอมเหลว ผลลัพธ์บ่งชี้ว่าเมื่อใช้กำลังเลเซอร์สูง การกระจายอุณหภูมิของสระหลอมเหลวจะมีความสม่ำเสมอมากขึ้น เลเซอร์แบบเรียบ-สามารถลดความผันผวนของอุณหภูมิในบ่อหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์เกาส์เซียนทั่วไป เลเซอร์ด้านบน-แบบแบนให้การกระจายสนามความร้อนที่เสถียรกว่า ความเร็วในการสแกนที่แปรผันส่งผลต่อรูปร่างและอัตราการเย็นตัวของพูลที่หลอมละลายอย่างมีนัยสำคัญ ที่ความเร็วการสแกนปานกลาง พื้นผิวของสระที่หลอมละลายจะเรียบ และกระบวนการทำความเย็นค่อนข้างสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยสร้างโครงสร้างเกรนที่มีเสถียรภาพมากขึ้น. 2. การเพิ่มประสิทธิภาพของความเสถียรของสระหลอมเหลวโดยการใช้เลเซอร์แบบเรียบ-ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อใช้เลเซอร์แบบเรียบ-ด้านบน สระที่หลอมเหลวจะแสดงพฤติกรรมที่เสถียรมากขึ้นในระหว่างการสแกนด้วยเลเซอร์ หลีกเลี่ยงความไม่เสถียรที่เกิดจากการไล่ระดับความร้อนที่มากเกินไป เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์แบบเกาส์เซียน การกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอของเลเซอร์แบน-ด้านบนจะช่วยลดความผันผวนของลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพูลหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และส่งเสริมการหลอมรวมที่ดี ลดการเติบโตที่ผิดปกติที่ขอบของพูลหลอมเหลว ความเสถียรนี้มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของเกรนและความสม่ำเสมอของโครงสร้างจุลภาคในเวลาต่อมา ซึ่งช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางกลของวัสดุและความน่าเชื่อถือ. 3. ทิศทางของการเจริญเติบโตของเกรนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อแปรรูปโลหะผสม Inconel 718 ด้วยเลเซอร์ด้านบนเรียบ- การทดลองพบว่ามีทิศทางที่ดีขึ้นในการเจริญเติบโตของเกรน ภายใต้สนามความร้อนสม่ำเสมอของเลเซอร์ด้านบน- แกนยาวของเกรนมีแนวโน้มที่จะเติบโตไปตามทิศทางการสแกนด้วยเลเซอร์ ทำให้เกิดโครงสร้างเกรนที่มีทิศทาง การเติบโตในทิศทางนี้ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของวัสดุได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งความต้านทานแรงดึงและความต้านทานต่อความล้า ในทางตรงกันข้าม การใช้เลเซอร์แบบเกาส์เซียนแสดงให้เห็นการสุ่มตัวอย่างที่ชัดเจนในการเจริญเติบโตของเกรนเนื่องจากความไม่แน่นอนของการหลอมเหลว ส่งผลให้การกระจายเกรนไม่สม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมของวัสดุต่อไป. 4. การเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติของวัสดุ จากการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคและการทดสอบทางกล พบว่าโลหะผสม Inconel 718 ที่ประมวลผลด้วยเลเซอร์ด้านบน-แบนแสดงคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมในด้านความแข็ง ความต้านทานแรงดึง และประสิทธิภาพความล้า: การทดสอบความแข็งแสดงให้เห็นว่าตัวอย่างที่ประมวลผลด้วย เลเซอร์ด้านบนเรียบ-มีความแข็งสูงกว่า ซึ่งบ่งบอกถึงความหนาแน่นของวัสดุและความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่ดีกว่า ผลการทดสอบแรงดึงแสดงให้เห็นว่าโลหะผสมที่เคลือบด้วยเลเซอร์ด้านบน-ด้านบน-มีผลผลิตและความต้านทานแรงดึงสูงกว่า และโหมดการแตกหักแสดงให้เห็นการกระจายตัวของความเค้นที่สม่ำเสมอมากขึ้น เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว ในการทดสอบความล้า ตัวอย่าง-เลเซอร์ด้านบน-ที่ได้รับการบำบัดจะมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า ซึ่งบ่งชี้ถึงความต้านทานต่อความล้าที่ดีขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับ-การใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง. 5. อิทธิพลของพฤติกรรมทางความร้อนและกระบวนการทำความเย็น ในระหว่างการทำความเย็น ตัวอย่างที่ประมวลผลด้วยเลเซอร์-ด้านบนเรียบจะมีการไล่ระดับความร้อนที่ค่อนข้างสม่ำเสมอและอัตราการทำความเย็นที่เสถียร หลีกเลี่ยงความเครียดจากความร้อนและความเค้นตกค้างที่อาจเกิดขึ้นกับเลเซอร์ Gaussian ทั่วไป ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่ากระบวนการทำความเย็นที่สม่ำเสมอมากขึ้นส่งเสริมการกระจายความเค้นภายในที่สม่ำเสมอในวัสดุ ป้องกันการเสียรูปและการแตกร้าวที่เกิดจากความเครียดจากความร้อนที่มากเกินไป
6. การผสมผสานระหว่างผลการจำลองและผลการทดลอง ความสอดคล้องกันสูงระหว่างผลการจำลองและผลการทดลองบ่งชี้ว่าเลเซอร์แบน-ด้านบนมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในการปรับปรุงความเสถียรของบ่อหลอม การวางแนวการเติบโตของเกรน และคุณสมบัติของวัสดุ ผลการจำลองเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีและตรวจสอบการควบคุมที่มีประสิทธิผลของพฤติกรรมทางความร้อนของบ่อหลอมและการเติบโตของเกรนโดยเลเซอร์แบน-ด้านบน ข้อมูลการทดลองยังยืนยันทฤษฎีนี้อีก โดยตรวจสอบการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุด้วยเลเซอร์ด้านบนเรียบ- ผ่านการทดสอบความแข็ง ความต้านทานแรงดึง และการทดสอบความล้า การอภิปรายและสรุป เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์แบบเกาส์เซียน เลเซอร์แบบแบน-ด้านบนให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญในด้านความเสถียรของบ่อหลอมและการวางแนวการเติบโตของเกรน การกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอช่วยเพิ่มเสถียรภาพของหลอมเหลว ลดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของหลอมเหลวที่ผิดปกติ และส่งเสริมการเติบโตของเกรนในทิศทางในวัสดุ การปรับคุณสมบัติของวัสดุให้เหมาะสม: เลเซอร์ด้านบนเรียบ-ไม่เพียงแต่ปรับปรุงพฤติกรรมของพูลหลอม แต่ยังปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของโลหะผสม Inconel 718 อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่โดดเด่นในเรื่องความแข็ง ความต้านทานแรงดึง และความต้านทานต่อความเมื่อยล้า การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการประยุกต์ใช้เลเซอร์แบบเรียบ-ด้านบนในการหลอมผงด้วยเลเซอร์ผงไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของหลอมเหลวเท่านั้น แต่ยังเป็นแนวทางทางเทคนิคใหม่สำหรับการผลิต-วัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง โดยมีแนวโน้มการใช้งานในวงกว้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการบินและอวกาศ พลังงาน และสาขาอื่นๆ งานวิจัยนี้นำเสนอแนวคิดใหม่ๆ สำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุโลหะผสมประสิทธิภาพสูง- ในอนาคต พารามิเตอร์ของกระบวนการสามารถปรับให้เหมาะสมเพิ่มเติมได้ และสามารถสำรวจแหล่งที่มาของเลเซอร์เพิ่มเติมเพื่อใช้ในวัสดุโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-ได้ ซึ่งส่งเสริมการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อในวงกว้างในการผลิตทางอุตสาหกรรม
