01
Хартия Въведение
Производството с лазерни добавки често води до едри зърна поради високи температурни градиенти. Традиционният ултразвуков-тип помощ може да пречисти зърната, но е изправен пред две големи предизвикателства: първо, ултразвуковата енергия намалява с увеличаване на височината на печат, което води до груби зърна в горната част на големите компоненти; второ, ултразвукът с висок-интензитет може да предизвика кавитационни ефекти, които лесно създават дефекти на порите.
Изследователски екип от Северозападния политехнически университет предложи без{0}}контактна ултразвукова технология, интегрираща ултразвуковото устройство с дюзата и въвеждане на ултразвук през въздушна среда. Този метод нарушава традиционното вярване, че „усъвършенстването на зърното трябва да разчита на кавитация“, използвайки чисти акустични ефекти на потока, за да постигне еднакво плътни фини равноосни зърнести структури по цялата височина на големи проби Inconel 718 и 316L, значително подобрявайки здравината и адресирайки предизвикателството на индустрията на неравномерните микроструктури в големи компоненти.
02
Преглед
Това проучване има за цел да се справи с тесните места на неравномерната микроструктура и податливостта на дефекти в-подпомогнато с ултразвук адитивно производство. Изследователският екип разработи без{2}}контактна ултразвукова система, която се движи заедно с лазерната глава, като гарантира, че резервоарът от стопилка получава постоянен приток на енергия под прага на кавитация.
Експериментите показват, че традиционният контактен ултразвук се проваля, когато височината на печат надвишава 15 mm, докато новата технология поддържа еднакви фини зърна на височина от 100 mm, без кавитационни дефекти. Механистичните изследвания показват, че ултразвукът с нисък-интензитет предизвиква високо{4}}честотен осцилационен поток (акустичен поток) в басейна от стопилка, което кара нарастващите дендритни рамена да претърпят умора на фрактури и да образуват нови ядра, като по този начин рафинират зърната. Това откритие коригира едностранчивото-разбиране на академичната общност за ултразвуковия механизъм за рафиниране на зърното и предоставя универсален и надежден нов подход за високо{7}}производително производство на метални добавки.
03
Илюстриран анализ
Фигура 1 предоставя директно сравнение на двата технически подхода. Фигура (a) показва без{2}}контактния режим, предложен в това изследване, при който ултразвуковият преобразувател се движи заедно с дюзата, за да се осигури постоянен вход на енергия; Фигура (b) изобразява традиционния контактен режим, при който ултразвукът се предава през субстрата. От резултатите от EBSD на проби с голям-размер (f-h), може да се види, че контактният метод (h) се проваля в горната част на пробата, като зърната стават колонни структури; като има предвид, че без{6}}контактният метод (f) поддържа еднакви фини равноосни зърна по цялата височина от 100 mm. Освен това, данните за механичните характеристики на фигурите (i-k) показват, че без{10}}контактният метод (LU) не само значително подобрява здравината, но също така показва много ниско разсейване на данните, демонстрирайки високата надеждност на процеса.
Фигура 2 подчертава предимствата на ултразвука с нисък{1}}интензитет при контрол на дефекти. Морфологията на облицовката с единични -писти на фигура (a-i) показва, че когато ултразвуковият интензитет се увеличи до висок диапазон, следите от стопилката показват силно издуване, ями и дори прекъсвания (i), които са причинени от бурното свиване на кавитационните мехурчета. За разлика от тях следите от стопилка, третирани с ултразвук с нисък-интензитет (b-e), имат гладки и непрекъснати повърхности, сравними със състоянието без ултразвук. Резултатите от компютърната томография (k-p) допълнително определят количествено порьозността; Ултразвукът с висок{10}}интензитет води до нарастване на порьозността, докато ултразвукът с нисък{11}}интензитет, използван в това изследване, почти не увеличава порьозността, осигурявайки висока плътност на отпечатаните части.
04
Резюме
1. Предложена и успешно приложена без-контактна ултразвукова-технология за производство с добавка с нисък{2}}интензитет, като ефективно се избягват двата основни проблема на традиционните контактни ултразвукови техники с висок{4}}интензитет-неравномерна микроструктура и вътрешни дефекти-при производството на големи метални части;
2. Чрез механистично изследване коригира традиционното-едностранно разбиране в академичните среди по отношение на ултразвуковите механизми за рафиниране на зърното, демонстрирайки ефекта на чист акустичен поток, при който високо-честотните осцилиращи потоци предизвикват счупване на дендритната умора, постигайки значително усъвършенстване на зърното и хомогенизиране;
3. Тази технология осигурява високо-производително, изключително последователно общо решение за адитивно производство на различни метали като Inconel 718 и 316L;
4. Резултатите от изследването са не само практически ценни в областта на адитивното производство, но също така предоставят важни теоретични основи и насоки за процесите за други технологии за обработка, включващи втвърдяване в стопен басейн, като заваряване и облицовка.
