01
Бумага Введение
Направленное энергетическое осаждение (DED)-также известное как лазерная наплавка- — это технология аддитивного производства, в которой используется-мощный лазер в сочетании с коаксиальной системой подачи порошка для изготовления металлических компонентов слой за слоем. В отличие от традиционных процессов литья и механической обработки, механические свойства нанесенных слоев при DED могут значительно различаться из-за постоянных колебаний параметров обработки,-таких как высота слоя, скорость сканирования и мощность лазера-в ходе производственного процесса. Несмотря на многочисленные достижения, достигнутые в технологии DED, исследования *in-оценки* механических свойств,-таких как модуль Юнга и коэффициент Пуассона-во время обработки, остаются скудными; это делает мониторинг *in-на месте* и обеспечение качества особенно важным.
02
**Обзор исследования**
В этом исследовании разрабатывается бес-контактный метод in-in-situ для оценки механических свойств материалов, обработанных методом направленного энергетического осаждения (DED). Этот инновационный метод объединяет фемтосекундный лазерный ультразвук с лазерной полировкой, чтобы обеспечить полностью бесконтактную и не-разрушающую оценку модуля Юнга и коэффициента Пуассона. Используя фемтосекундные-генерируемые лазером ультразвуковые волны в диапазоне частот от ГГц до ТГц, система достигает суб-пространственного разрешения, тем самым обеспечивая высокое-качество послойной--оценки. Чтобы решить проблему обнаружения ультразвуковых сигналов на шероховатой поверхности, присущей нанесенным слоям, исследовательская группа применила -лазерную полировку на месте-вместо традиционной механической полировки-, которая значительно улучшила обнаруживаемость ультразвуковых волн. Испытания, проведенные в различных условиях обработки DED, показали, что механические свойства, оцененные с помощью этого метода, демонстрируют высокую степень соответствия результатам, полученным в результате независимых испытаний на растяжение, выполненных после завершения процесса изготовления.
03
**Иллюстрированный анализ**
На рис. 1 представлен схематический обзор общего рабочего процесса метода оценки механических свойств на месте в рамках процесса DED. Он наглядно иллюстрирует основную процедуру,-начинающуюся с подложки-, которая последовательно завершает оценку модуля Юнга и коэффициента Пуассона осажденного слоя посредством четырех отдельных этапов: Шаг 1 использует DED-лазер для выполнения процесса DED, плавления и осаждения металлического порошка для формирования слоя DED с шероховатой поверхностью и толщиной примерно 100 мкм; Шаг 2-переназначает полировальный лазер (который может быть тем же устройством, что и лазер DED) для выполнения лазерной полировки; за счет переплава этот процесс создает гладкий переплавленный слой на поверхности наплавленного материала, снижая среднеарифметическую шероховатость примерно до 0,3 мкм; На этапе 3 используется фемтосекундный лазер для возбуждения и измерения ультразвуковых волн в диапазоне частот ГГц–ТГц в затвердевшей области после полировки; Шаг 4 оценивает модуль Юнга и коэффициент Пуассона на основе измеренных ультразвуковых сигналов в сочетании с зависимостью напряжения-деформации. На диаграмме также представлены соответствующие аннотации, подчеркивающие ключевое лазерное оборудование и морфологические изменения поверхности, связанные с каждым этапом, тем самым обеспечивая визуальную демонстрацию полностью бесконтактных и не-неразрушающих характеристик метода на протяжении всего рабочего процесса «нанесение-полировка-обнаружение-оценка».
На рис. 2 представлен комплексный сравнительный анализ влияния лазерной полировки на шероховатость поверхности металлических слоев DED. Состоящий из трех подрисунков-(a), (b) и (c)-анализ проводится по трем измерениям: количественные параметры, макроскопическая морфология и микроскопическая топография, с основным акцентом на оптимальный набор параметров полировки, определенный для образца I-11. На подрисунке (а) представлена количественная таблица значений шероховатости поверхности, соответствующих 16 различным комбинациям параметров полировки, охватывающим мощность полировки 200–350 Вт и скорость полировки 13–21 мм/с. В этой таблице приведены фактические значения Ra, измеренные после полировки 16 однослойных дорожек на образце I, четко определяя комбинацию 300 Вт + 18 мм/с как оптимальный набор параметров (I-11, Ra=0.31 мкм); кроме того, в нем освещаются проблемы, связанные с другими диапазонами параметров,-в частности, более высокими значениями шероховатости, возникающими в результате сочетаний низкой{{20}мощности и высокой-скорости, а также тенденцией комбинаций высокой-мощности и низкой-скорости вызывать волнистость поверхности из-за испарения порошка. На подрисунке (б) представлено макроскопическое сравнение образца I-11 крупным планом до и после полировки с оптимальными параметрами, визуально демонстрирующее значительное улучшение плоскостности и однородности поверхности после процесса полировки. На подрисунке (c) представлено сравнительное изображение изображений оптического микроскопа (в постоянном масштабе 40 мкм), показывающих образец I-11 после оптимальной полировки (слева) и его неполированное состояние (справа); неполированная поверхность характеризуется обилием нерасплавленных частиц порошка, значительной неровностью и более темным внешним видом из-за рассеяния света, тогда как полированная поверхность практически не содержит нерасплавленного порошка, выглядит плоской и гладкой и демонстрирует равномерное светоотражение. В конечном итоге этот оптимальный набор параметров позволил снизить шероховатость поверхности с исходного значения 4,2 мкм до 0,31 мкм, то есть степень улучшения составила 93%. Благодаря этому трехстороннему сравнению, включающему количественные данные, макроскопическую морфологию и микроскопическую топографию, рисунок эффективно подтверждает эффективность лазерной полировки в снижении шероховатости поверхности металлических слоев DED при одновременном установлении оптимальных параметров процесса для лазерной полировки.
