01
Papír Bevezetés
Az irányított energiás lerakódás (DED)-más néven lézeres bevonat-egy additív gyártási technika, amely nagy-teljesítményű lézert használ koaxiális poradagoló rendszerrel kombinálva a fém alkatrészek rétegről rétegre történő előállítására. A hagyományos öntési és megmunkálási eljárásokkal ellentétben a DED-ben leválasztott rétegek mechanikai tulajdonságai jelentősen eltérhetnek a feldolgozási paraméterek,-például a rétegmagasság, a szkennelési sebesség és a lézerteljesítmény-folyamatos ingadozása miatt a gyártási folyamat során. A DED-technológiában elért számos előrelépés ellenére a mechanikai tulajdonságok *in{7}}helyszíni* értékelésére,-mint például a Young-modulusra és a Poisson-hányadosra-a feldolgozás során kevés a kutatás; ez különösen fontossá teszi az *in{10}}situ* megfigyelést és a minőségbiztosítást.
02
**A tanulmány áttekintése**
Ez a tanulmány egy érintésmentes, in{1}}situ technikát fejleszt ki az irányított energia lerakódás (DED) módszerrel feldolgozott anyagok mechanikai tulajdonságainak értékelésére. Ez az innovatív technika a femtoszekundumos lézeres ultrahangot lézeres polírozással integrálja, hogy lehetővé tegye a Young-modulus és a Poisson-arány teljesen érintésmentes és -roncsolásmentes értékelését. A GHz-től THz-ig terjedő frekvenciatartományban femtoszekundumos lézer{6}}generált ultrahanghullámok felhasználásával a rendszer szub-mikronos térbeli felbontást ér el, ezáltal elősegíti a magas-minőségű, rétegenkénti-rétegenkénti kiértékelést. A lerakódott rétegek felületi érdessége közepette az ultrahangos jelek észlelésének kihívásának megoldására a kutatócsoport a hagyományos mechanikus polírozás helyett in-situ lézeres polírozást{13}} alkalmazott-, amely jelentősen javította az ultrahanghullámok észlelhetőségét. Különféle DED feldolgozási körülmények között végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy az ezzel a technikával értékelt mechanikai tulajdonságok nagymértékben megegyeznek a gyártási folyamat befejezése után végzett független szakítóvizsgálatok eredményeivel.
03
**Illusztrált elemzés**
Az 1. ábra a DED folyamaton belüli in-mechanikai tulajdonságértékelési technika általános munkafolyamatának vázlatos áttekintését mutatja be. Világosan szemlélteti az alapeljárást-, amely a szubsztrátumtól indul-, amely egymás után befejezi a felvitt réteg Young-modulusának és Poisson-arányának becslését négy különböző lépésben: Az 1. lépés a DED lézert használja a DED folyamat végrehajtására, fémpor olvasztásával és felvitelével körülbelül μm vastagságú durva DED réteg kialakításához; A 2. lépésben egy polírozó lézert (amely lehet ugyanaz, mint a DED lézer) használnak fel a lézeres polírozás végrehajtására; az újraolvasztás révén ez a folyamat sima újraolvasztott réteget hoz létre a lerakott anyag felületén, ami a számtani átlagos érdesség körülbelül 0,3 μm-re csökken; A 3. lépés femtoszekundumos lézerrel gerjeszti és méri az ultrahanghullámokat a GHz–THz frekvenciatartományban a megszilárdult tartományban a polírozást követően; A 4. lépés megbecsüli a Young-modulust és a Poisson-hányadost a mért ultrahangos jelek alapján, a feszültség{12}}nyúlási összefüggésekkel összefüggésben. A diagram megfelelő megjegyzéseket is tartalmaz, amelyek kiemelik a kulcsfontosságú lézeres berendezéseket és az egyes lépésekhez kapcsolódó felületi morfológiai változásokat, ezáltal vizuálisan demonstrálják a technika teljes mértékben nem -érintkezési és roncsolásmentes tulajdonságait a teljes „lerakás–polírozás–észlelés–becslés” munkafolyamat során.
A 2. ábra egy átfogó összehasonlító elemzést mutat be, amely a lézeres polírozás hatását vizsgálja a DED fémrétegek felületi érdességére. A három részalakból-(a), (b) és (c)-az elemzést három dimenzióban végzik: kvantitatív paraméterek, makroszkopikus morfológia és mikroszkópos topográfia, a középpontban az I. mintánál azonosított polírozási paraméterek optimális halmaza áll-11. Az (a) alábra a felületi érdesség értékek mennyiségi táblázatát mutatja, amelyek 16 különböző polírozási paraméter-kombinációnak felelnek meg, 200–350 W polírozási teljesítményre és 13–21 mm/s polírozási sebességre. Ez a táblázat az I. mintán lévő 16 egyrétegű sáv polírozása után mért tényleges Ra-értékeket tartalmazza, egyértelműen azonosítva a 300 W + 18 mm/s kombinációt optimális paraméterkészletként (I-11, Ra=0.31 μm); továbbá rávilágít az egyéb paramétertartományokkal kapcsolatos problémákra, -különösen, az alacsony -teljesítményű, nagy-sebességű kombinációkból adódó magasabb érdességértékekre, valamint arra a tendenciára, hogy a nagy-teljesítményű, alacsony-sebességű kombinációk hajlamosak a por párolgása miatt a felület hullámosságára. A (b) alábra az I-11 minta közeli makroszkopikus összehasonlítását mutatja be polírozás előtt és után az optimális paraméterekkel, vizuálisan szemlélteti a felület síkságának és egyenletességének jelentős javulását a polírozási folyamatot követően. A (c) alábra az optikai mikroszkóp képeinek összehasonlító nézetét mutatja (konzisztens 40 μm-es léptékben), amely az I-11 mintát mutatja optimális polírozás után (balra) a polírozatlan állapotához képest (jobbra); a polírozatlan felületre a nem olvadt porrészecskék sokasága, jelentős egyenetlenségek és a fényszóródásból adódó sötétebb megjelenés jellemző, míg a polírozott felület gyakorlatilag mentes a megolvadatlan portól, laposnak és simának tűnik, és egyenletes fényvisszaverődést mutat. Végül ez az optimális paraméterkészlet csökkentette a felületi érdességet a kezdeti 4,2 μm-ről 0,31 μm-re, ami 93%-os javulási arányt jelent. A mennyiségi adatokat, a makroszkopikus morfológiát és a mikroszkópos topográfiát felölelő háromoldalú összehasonlítás révén az ábra hatékonyan igazolja a lézeres polírozás hatékonyságát a DED fémrétegek felületi érdességének csökkentésében, miközben egyidejűleg meghatározza a lézeres polírozás optimális folyamatparamétereit.
