01
Introducere hârtie
Depunerea de energie direcționată (DED)-cunoscută și sub denumirea de placare cu laser-este o tehnică de fabricație aditivă care utilizează un laser de-putere mare combinat cu un sistem coaxial de alimentare cu pulbere pentru a fabrica componente metalice strat cu strat. Spre deosebire de procesele tradiționale de turnare și prelucrare, proprietățile mecanice ale straturilor depuse în DED pot varia semnificativ datorită fluctuației continue a parametrilor de procesare-cum ar fi înălțimea stratului, viteza de scanare și puterea laserului-în timpul procesului de fabricație. În ciuda numeroaselor progrese realizate în tehnologia DED, cercetările privind evaluarea *in-situ* a proprietăților mecanice-cum ar fi modulul Young și raportul lui Poisson-în timpul procesării rămân limitate; acest lucru face ca monitorizarea și asigurarea calității *in-situ* să fie deosebit de critice.
02
**Prezentare generală a studiului**
Acest studiu dezvoltă o tehnică fără-contact, in-situ, pentru evaluarea proprietăților mecanice ale materialelor procesate prin metoda depunerii de energie direcționată (DED). Această tehnică inovatoare integrează ultrasunetele laser femtosecunde cu lustruirea cu laser pentru a permite o evaluare complet fără contact și ne-distructivă a modulului Young și a raportului lui Poisson. Prin utilizarea undelor ultrasonice generate de laser de femtosecunde-în intervalul de frecvență GHz până la THz, sistemul atinge o rezoluție spațială sub{-microană, facilitând astfel evaluarea-de înaltă calitate, strat-cu-strat. Pentru a aborda provocarea de a detecta semnale ultrasonice în mijlocul rugozității suprafeței inerente straturilor depuse, echipa de cercetare a folosit -lustruirea cu laser in situ-mai degrabă decât lustruirea mecanică tradițională-care a îmbunătățit semnificativ detectabilitatea undelor ultrasonice. Testele efectuate în diferite condiții de prelucrare DED au demonstrat că proprietățile mecanice evaluate prin această tehnică prezintă un grad ridicat de coerență cu rezultatele obținute din încercările de tracțiune independente efectuate după finalizarea procesului de fabricație.
03
**Analiza ilustrată**
Figura 1 prezintă o imagine de ansamblu schematică a fluxului de lucru general pentru tehnica de evaluare a proprietăților mecanice in-situ în cadrul procesului DED. Acesta ilustrează clar procedura de bază-începând de la substrat-care completează secvenţial estimarea modulului Young al stratului depus şi a raportului lui Poisson prin patru paşi distincti: Pasul 1 utilizează laserul DED pentru a executa procesul DED, topind şi depunând pulbere metalică pentru a forma un strat DED cu o grosime de aproximativ 10 μm; Pasul 2 are ca scop un laser de lustruire (care poate fi același dispozitiv cu laserul DED) pentru a efectua lustruirea cu laser; prin retopire, acest proces creează un strat topit neted pe suprafața materialului depus, reducând rugozitatea medie aritmetică la aproximativ 0,3 μm; Pasul 3 folosește un laser de femtosecundă pentru a excita și măsura undele ultrasonice în intervalul de frecvență GHz–THz în regiunea solidificată după lustruire; Pasul 4 estimează modulul Young și raportul lui Poisson pe baza semnalelor ultrasonice măsurate, împreună cu relațiile de efort-deformare. Diagrama conține, de asemenea, adnotări corespunzătoare care evidențiază echipamentele laser cheie și modificările morfologice ale suprafeței asociate cu fiecare pas, oferind astfel o demonstrație vizuală a caracteristicilor complet ne{-contact și ne-distructive ale tehnicii în întregul flux de lucru „depunere-lustruire-detecție-estimare”.
Figura 2 prezintă o analiză comparativă cuprinzătoare care investighează impactul lustruirii cu laser asupra rugozității suprafeței straturilor de metal DED. Cuprinzând trei subfiguri-(a), (b) și (c)-, analiza este efectuată pe trei dimensiuni: parametri cantitativi, morfologie macroscopică și topografie microscopică, cu accent central pe setul optim de parametri de lustruire identificați pentru specimenul I-11. Subfigura (a) afișează un tabel cantitativ al valorilor rugozității suprafeței corespunzând la 16 combinații distincte de parametri de lustruire, care acoperă puteri de lustruire de 200–350 W și viteze de lustruire de 13–21 mm/s. Acest tabel adnotă valorile reale ale Ra măsurate după lustruirea a 16 urme cu un singur strat-pe specimenul I, identificând clar combinația de 300 W + 18 mm/s ca setul optim de parametri (I{-11, Ra {= 0.31 μm); în plus, evidențiază problemele asociate cu alte intervale de parametri-în special, valorile mai ridicate ale rugozității rezultate din combinații de-putere scăzută, viteză mare- și tendința combinațiilor de-putere mare și viteză-de a induce ondularea suprafeței din cauza evaporării pulberii. Subfigura (b) prezintă o comparație macroscopică de aproape a specimenului I-11 înainte și după lustruire cu parametrii optimi, demonstrând vizual o îmbunătățire semnificativă a planeității și uniformității suprafeței în urma procesului de lustruire. Subfigura (c) oferă o vedere comparativă a imaginilor microscopului optic (la o scară consistentă de 40 μm) care arată specimenul I-11 după lustruirea optimă (stânga) față de starea sa nelustruită (dreapta); suprafața nelustruită este caracterizată printr-o abundență de particule de pulbere netopită, denivelări semnificative și un aspect mai întunecat rezultat din împrăștierea luminii, în timp ce suprafața lustruită este practic lipsită de pulbere netopită, pare plană și netedă și prezintă o reflexie uniformă a luminii. În cele din urmă, acest set de parametri optimi a redus rugozitatea suprafeței de la o valoare inițială de 4,2 μm la 0,31 μm - o rată de îmbunătățire de 93%. Prin această comparație tripartită care cuprinde date cantitative, morfologie macroscopică și topografie microscopică, cifra validează eficient eficacitatea lustruirii cu laser în reducerea rugozității suprafeței straturilor de metal DED, stabilind simultan parametrii optimi de proces pentru lustruirea cu laser.
