Apèsi sou papye
1. Entwodiksyon
Nan fabrikasyon aditif (AM), lazè ultrashort batman (USP) pèmèt pwosesis la nan yon pakèt domèn materyèl ak ofri potansyèl pou diminye dimansyon yo ak konpleksite nan konpozan fabrike. Etid sa a demontre posibilite pou itilize lazè USP kòm yon altènativ a sistèm Lazè Powder Bed Fusion (LPBF), patikilyèman pou fabrike pati enpòtan ki mande pou pi wo presizyon. Sèvi ak patikil poud asye pur Customized ak pwòp tèt -pwodwi-, chèchè yo reyalize rezilta yo vle ak siksè fabrike kouch kare ki konsistan lè yo optimize yon seri paramèt pwosesis.
Etid la konfime ke paramèt pwosesis jwe yon wòl kritik lè w ap itilize lazè USP - menm ti devyasyon nan paramèt sa yo ka lakòz fonn enkonplè. Lè yo diminye vitès optik la pou ankouraje akimilasyon chalè, yo te reyalize fonn nan frekans repetisyon batman kè ba (500 kHz) ak pouvwa lazè mwayèn ki ba (0.5-1 W). Apwòch sa a bay potansyèl pou minimize plis gwosè pati, ki enpòtan pou avanse AM lè l sèvi avèk sous lazè USP.
2. Rezime Etid la
Avèk devlopman kontinyèl nan fabrikasyon aditif, lazè femtosecond montre potansyèl pwomèt pou trete asye pur 316L. Papye sa a rezime ak revize yon etid sou enfliyans nan paramèt pwosesis nan pwosesis lazè femtosecond nan asye pur 316L. Objektif prensipal rechèch la se envestige ki jan pouvwa lazè, gwosè patikil poud, vitès optik, ak distans kale afekte kalite pwosesis ak pèfòmans materyèl, yo nan lòd yo optimize kondisyon fabrikasyon.
Chèchè yo premye prezante karakteristik sa yo ak konvnab nan asye pur 316L, Lè sa a, detaye prensip la k ap travay ak mekanis nan pwosesis lazè femtosecond. Apre sa, yo te konsantre sou fason paramèt kle - ki gen ladan pouvwa lazè, gwosè patikil, vitès optik, ak distans kale - enfliyanse kalite materyèl.
Atravè etid eksperimantal, ekip la te idantifye yon seri pisans lazè optimal pou anpeche twòp ablation ak domaj materyèl. Yo te jwenn tou ke patikil poud pi rafine mennen nan pi bon kontwòl pisin fonn ak pi wo presizyon fòme. Anplis, ajisteman nan vitès optik ak distans kale yo te montre diminye domaj sifas ak porosite, amelyore tou de bon jan kalite ak efikasite.
Finalman, etid la te diskite kandida aplikasyon femtosecond lazè nan 316L en fe manifakti, en aktyèl défis ak pwochen direksyon rechèch ki fèt.
3. analiz eksperimantal ak figi
3.1 Prensip lazè USP
Lazè ultrashort batman (USP) jenere dire batman kè trè kout, anjeneral nan femtosecond (10⁻¹⁵ s) a pikosecond (10⁻¹² s). Lazer sa yo konte sou efè optik ki pa lineyè ak optik ultrarapid.
Eleman debaz nan yon lazè USP se kavite a sonan, ki gen yon mwayen lazè (egzanp, Nd:YAG oswa Ti: kristal safi) ak yon sous benefis (tankou dyod lazè oswa lanp flash). Pwosesis anplifikasyon an fèt atravè emisyon ankouraje, kote foton yo repete reflete ant miwa nan kavite a epi yo anplifye, finalman fòme yon gwo bout bwa pwisan.
Lazè USP reyalize dire batman kè ultrashort lè yo itilize efè optik ki pa lineyè tankou modulation pwòp tèt ou-faz ak refraksyon ki pa lineyè. Eleman optik tankou frekans -kristal doub oswa fib ede elaji ak konprese spectre batman kè a, rive nan dire batman kè nan ranje femtosecond a.
Figi 1 - Evolisyon Tanperati nan diferan pouvwa lazè
Figi 1 montre kouman tanperati a chanje ak diferan pouvwa lazè.
Segondè pouvwa (koub wouj):tanperati a depase papòt k ap fonn ak ablation.
Ba pouvwa (koub vèt):tanperati ensifizan pou fonn.
Pi bon pouvwa (koub ble):pèmèt fonn san ablasyon.
Figi 2 - Imaj SEM nan poud koryas ak amann
Ceit te devlope poud metal atomize gaz -pou AM. Yo te itilize de kalite poud:
Poud koryas (20-45 µm)
Fine poud (<20 µm)
Fine poud reyalize amelyore kontwòl fonn ak inifòmite kouch.
Figi 3 - Pwosesis Depozisyon Premye Kouch
Pou amelyore adezyon poud, yo te premye trete substra a lazè-pou ogmante brutality sifas yo. Analiz profilometrik te montre yon sifas irrégulière (Sa) de 3.3 µm ak yon pwofondè de 51.499 µm. Lè sa a, kouch yo te aplike lè l sèvi avèk yon metòd lam, reyalize epesè inifòm:
Poud koryas: 100-200 µm kouch
Fine poud: 50 µm kouch
Figi 4 - Efè pouvwa sou pwosesis poud koryas
Sèvi ak lazè USP nan AM prezante yon defi: fonn poud lan san yo pa lakòz ablation. Depase pouvwa mennen nan ekspilsyon patikil oswa domaj substra. Diminye pouvwa lazè pi ba pase papòt la ablation rezilta nan k ap fonn siksè.
Nan pouvwa ki anba a 0.5 W, poud amann lan rete pa afekte, pandan y ap pi wo a papòt sa a, patikil fonn ak fusion nan pi gwo esfè.
Figi 5 - Varyasyon pouvwa sou Fine Powders
Ogmante pouvwa soti nan 0.59 W a 0.765 W amelyore k ap fonn, pwodwi sifas ki pi dous ak plis inifòm. Brutalizasyon sifas la (Sa) diminye soti nan 3.45 µm a 2.58 µm.
Figi 6 - Efè Vitès Scanning
Nan 0.674 W ak 10 µm distans kale:
Diminye vitès optik soti nan 5 mm / s a 2.5 mm / s ogmante akimilasyon chalè ak coalescence patikil, elaji grap ak ogmante Sa soti nan 5.43 µm a 6.75 µm.
Nan 0.765 W, pi dousman optik te mennen nan rezilta pi dous (Sa ≈ 3.9–4.1 µm).
Figi 7 - Konbine efè pouvwa ak vitès
Nan pi wo nivo pouvwa (0.85-0.935 W) ak vitès eskanè desann nan 2.5 mm / s, Sa plis diminye a 3.5-3.8 µm. Anba a 1.5 mm / s, surchof te lakòz rupture poud ak boule.
Figi 8 – Rediksyon Distans Hatch
Diminye distans kale soti nan 7 µm a 5 µm amelyore kalite sifas siyifikativman - Sa te tonbe soti nan 6.75 µm a 4.1 µm. Distans twòp gwo te mennen nan fonn inegal ak fòmasyon defo.
Figi 9 – Enfliyans Distans Hatch
Nan pi bon pouvwa ak vitès fenèt, diminye distans kale amelyore inifòmite sifas yo, reyalize Sa osi ba ke 2-3 µm. Ajisteman nan vitès yo te nesesè pou balanse akimilasyon chalè.
Figi 10 - Paramèt Pwosesis Optimal
Pi bon kondisyon pwosesis la reyalize yon sifas ki fonn trè inifòm ak yon Sa 2.37 µm lè l sèvi avèk:
Pouvwa lazè:0.775 W
Vitès eskanè:2.5 mm/s
Distans kale:7.5 µm
4. Konklizyon
Pou evalye potansyèl lazè USP nan fabrikasyon aditif, lazè femtosecond yo te entegre nan pwosesis LPBF lè l sèvi avèk de kalite poud asye pur-. Etid la konkli kepouvwa lazèse faktè ki pi kritik - pouvwa twòp lakòz ablation, pandan ke twò piti anpeche fonn.
Yon fwa yo te etabli yon fenèt pouvwa optimal (0.775–0.935 W), byen -regle vitès optik la ak distans kale plis amelyore lis sifas yo. Pi bon rezilta yo te reyalize nan:
Pouvwa: 0.775–0.935 W
Vitès eskanè:2.5 mm/s
Distans kale: 5–7.5 µm
Anba paramèt optimize sa yo, yo te reyalize inifòm k ap fonn ak sifas minim, sa ki konfime posibilite lazè USP pou fabrikasyon aditif segondè -presizyon nan eleman mikwo-echèl.
