01
Papir introduktion
Fremstilling af laseradditiv resulterer ofte i grove korn på grund af høje temperaturgradienter. Traditionel kontakt-ultralydsassistance kan forfine korn, men står over for to store udfordringer: For det første aftager ultralydsenergien, når udskrivningshøjden øges, hvilket fører til grove korn i toppen af store komponenter; for det andet kan ultralyd med høj-intensitet fremkalde kavitationseffekter, der nemt skaber poredefekter.
Et forskerhold fra Northwestern Polytechnical University foreslog en -kontaktfri ultralydsteknologi, der integrerer ultralydsenheden med dysen og introducerer ultralyd gennem et luftmedium. Denne metode bryder den traditionelle overbevisning om, at "kornforfining skal stole på kavitation," ved at bruge rene akustiske streaming-effekter for at opnå ensartet tætte fine ligeaksede kornstrukturer i hele højden af store Inconel 718 og 316L prøver, hvilket væsentligt forbedrer styrken og løser industriens udfordring med ujævne mikrostrukturer i store komponenter.
02
Oversigt
Denne undersøgelse har til formål at adressere flaskehalsene ved ujævn mikrostruktur og defektmodtagelighed i ultralydsassisteret tilsætningsfremstilling.- Forskerholdet udviklede et -berøringsfrit ultralydssystem, der bevæger sig med laserhovedet og sikrer, at smeltebassinet modtager en konstant energitilførsel under kavitationstærsklen.
Eksperimenter viser, at traditionel kontaktultralyd fejler, når trykhøjden overstiger 15 mm, hvorimod den nye teknologi bevarer ensartede fine korn inden for en højde på 100 mm, uden kavitationsfejl. Mekanistiske undersøgelser indikerer, at ultralyd med lav-intensitet inducerer høj-oscillerende strømning (akustisk strømning) i smeltebassinet, hvilket får voksende dendritarme til at gennemgå træthedsbrud og danne nye kerner, hvorved kornene raffineres. Denne opdagelse korrigerer det akademiske samfunds ensidige-forståelse af ultralyds kornforfiningsmekanismen og giver en universel og pålidelig ny tilgang til høj-fremstilling af metaladditiv.
03
Illustreret Analyse
Figur 1 giver en direkte sammenligning af de to tekniske tilgange. Figur (a) viser den ikke-kontakttilstand, der er foreslået i denne undersøgelse, hvor ultralydstransduceren bevæger sig med dysen for at sikre konstant energitilførsel; Figur (b) viser den traditionelle kontakttilstand, hvor ultralyd transmitteres gennem substratet. Fra EBSD-resultaterne af prøver i stor-størrelse (f-h), kan det ses, at kontaktmetoden (h) fejler i den øvre del af prøven, hvor korn bliver grovere til søjlestrukturer; hvorimod ikke-kontaktmetoden (f) opretholder ensartede fine ligeaksede korn i hele 100 mm højden. Derudover indikerer de mekaniske ydeevnedata i figurerne (i-k), at ikke-kontaktmetoden (LU) ikke kun forbedrer styrken markant, men også viser meget lav dataspredning, hvilket viser processens høje pålidelighed.
Figur 2 fremhæver fordelene ved ultralyd med lav-intensitet i defektkontrol. Morfologien af enkelt-sporbeklædning i figur (a-i) viser, at når ultralydsintensiteten stiger til et højt område, udviser smeltesporene alvorlige udbulninger, fordybninger og endda diskontinuiteter (i), som er forårsaget af det voldsomme kollaps af kavitationsbobler. I modsætning hertil har smeltespor behandlet med ultralyd med lav-intensitet (b-e) glatte og kontinuerlige overflader, der kan sammenlignes med tilstanden uden ultralyd. CT-scanningsresultater (k-p) kvantificerer porøsiteten yderligere; ultralyd med høj-intensitet fører til en stigning i porøsitet, hvorimod den ultralyd med lav-intensitet, der bruges i denne undersøgelse, knap øger porøsiteten, hvilket sikrer høj tæthed af de udskrevne dele.
04
Oversigt
1. Foreslået og med succes anvendt en ikke--kontakt-lav-ultralyds--assisteret laseradditiv-fremstillingsteknologi, der effektivt undgår de to store problemer med traditionelle kontakthøj--intensitets-ultralydsteknikker-ujævn mikrostruktur og interne defekter-ved fremstilling af store metaldele;
2. Gennem mekanistisk forskning, korrigeret den traditionelle en-sidede forståelse i den akademiske verden vedrørende ultralyds kornforfiningsmekanismer, hvilket demonstrerer den rene akustiske streamingeffekt, hvor højfrekvente oscillerende strømme inducerer dendrittræthedsbrud, hvilket opnår betydelig kornforfining og homogenisering;
3. Denne teknologi giver en høj-ydeevne, meget konsistent generel løsning til additiv fremstilling af forskellige metaller såsom Inconel 718 og 316L;
4. Forskningsresultaterne er ikke kun praktisk værdifulde inden for additiv fremstilling, men giver også vigtige teoretiske grundlag og procesvejledning for andre procesteknologier, der involverer størkning af smeltet bassin, såsom svejsning og beklædning.
