01
Папір Вступ
Спрямоване енергетичне осадження (DED)-також відоме як лазерне плакування-– це адитивна техніка виробництва, яка використовує-потужний лазер у поєднанні з коаксіальною системою подачі порошку для виготовлення металевих компонентів шар за шаром. На відміну від традиційних процесів лиття та механічної обробки, механічні властивості нанесених шарів у DED можуть суттєво відрізнятися через постійні коливання параметрів обробки-таких як висота шару, швидкість сканування та потужність лазера-під час виробничого процесу. Незважаючи на численні досягнення, досягнуті в технології DED, дослідження *-на місці** оцінки механічних властивостей-таких як модуль Юнга та коефіцієнт Пуассона-під час обробки залишаються рідкісними; це робить моніторинг *-на місці* та забезпечення якості особливо важливими.
02
**Огляд дослідження**
У цьому дослідженні розроблено без{0}}контактну-техніку на місці для оцінки механічних властивостей матеріалів, оброблених за допомогою методу спрямованого осадження енергії (DED). Ця інноваційна техніка поєднує фемтосекундний лазерний ультразвук із лазерним поліруванням, щоб забезпечити абсолютно без{3}}контактну та не-руйнівну оцінку модуля Юнга та коефіцієнта Пуассона. Використовуючи фемтосекундні лазерні-генеровані ультразвукові хвилі в частотному діапазоні від ГГц до ТГц, система досягає суб-мікронної просторової роздільної здатності, таким чином полегшуючи високу-якісну оцінку-за-шаровою. Щоб вирішити проблему виявлення ультразвукових сигналів серед шорсткості поверхні, притаманної нанесеним шарам, дослідницька група застосувала-лазерне полірування на місці-замість традиційного механічного полірування-, що значно покращило здатність виявляти ультразвукові хвилі. Випробування, проведені в різних умовах обробки DED, показали, що механічні властивості, оцінені цією методикою, демонструють високий ступінь узгодженості з результатами, отриманими в результаті незалежних випробувань на розтягування, проведених після завершення процесу виготовлення.
03
**Ілюстрований аналіз**
На малюнку 1 представлено схематичний огляд загального робочого процесу для -техніки оцінки механічних властивостей на місці в рамках процесу DED. Він чітко ілюструє основну процедуру,-починаючи з підкладки-, яка послідовно завершує оцінку модуля Юнга та коефіцієнта Пуассона наплавленого шару за допомогою чотирьох окремих етапів: на етапі 1 використовується лазер DED для виконання процесу DED, плавлення та осадження металевого порошку для формування шару DED із шорсткою поверхнею та товщиною приблизно 100 мкм; Крок 2 re-призначає полірувальний лазер (який може бути тим самим пристроєм, що й лазер DED) для виконання лазерного полірування; завдяки переплавленню цей процес створює гладкий розплавлений шар на поверхні наплавленого матеріалу, зменшуючи середню арифметичну шорсткість приблизно до 0,3 мкм; На етапі 3 використовується фемтосекундний лазер для збудження та вимірювання ультразвукових хвиль у діапазоні частот ГГц–ТГц у затверділій області після полірування; Крок 4 оцінює модуль Юнга та коефіцієнт Пуассона на основі виміряних ультразвукових сигналів у поєднанні з напругою-деформацією. Діаграма також містить відповідні анотації, що висвітлюють ключове лазерне обладнання та морфологічні зміни поверхні, пов’язані з кожним етапом, забезпечуючи таким чином візуальну демонстрацію повністю без{14}}контактних і не-руйнівних характеристик техніки в усьому робочому процесі «осадження–полірування–виявлення–оцінка».
На малюнку 2 представлено комплексний порівняльний аналіз впливу лазерного полірування на шорсткість поверхні металевих шарів DED. Аналіз, що включає три підфігури-(a), (b) і (c)-, проводиться в трьох вимірах: кількісних параметрах, макроскопічній морфології та мікроскопічній топографії, з центральним фокусом на оптимальному наборі параметрів полірування, визначених для зразка I-11. Підмалюнок (а) відображає кількісну таблицю значень шорсткості поверхні, що відповідають 16 різним комбінаціям параметрів полірування, охоплюючи потужність полірування 200–350 Вт і швидкість полірування 13–21 мм/с. Ця таблиця анотує фактичні значення Ra, виміряні після полірування 16 одно-шарових доріжок на зразку I, чітко ідентифікуючи комбінацію 300 Вт + 18 мм/с як оптимальний набір параметрів (I-11, Ra=0.31 мкм); крім того, він висвітлює проблеми, пов’язані з іншими діапазонами параметрів-зокрема, вищими значеннями шорсткості в результаті комбінацій низької-потужності, високої-швидкості та тенденції до комбінацій високої-потужності та низької-швидкості, що викликають хвилястість поверхні через випаровування порошку. Підмалюнок (b) представляє крупним планом макроскопічне порівняння зразка I-11 до та після полірування з оптимальними параметрами, візуально демонструючи значне покращення площинності та однорідності поверхні після процесу полірування. Підмалюнок (c) надає порівняльний вигляд зображень оптичного мікроскопа (у послідовному масштабі 40 мкм), що показує зразок I-11 після оптимального полірування (ліворуч) проти його неполірованого стану (праворуч); неполірована поверхня характеризується великою кількістю нерозплавлених частинок порошку, значною нерівністю та більш темним виглядом внаслідок розсіювання світла, тоді як полірована поверхня практично вільна від нерозплавленого порошку, виглядає плоскою та гладкою та демонструє рівномірне відбиття світла. Зрештою, цей оптимальний набір параметрів зменшив шорсткість поверхні з початкового значення 4,2 мкм до 0,31 мкм – швидкість покращення 93%. Завдяки цьому тристоронньому порівнянню, що охоплює кількісні дані, макроскопічну морфологію та мікроскопічну топографію, малюнок ефективно підтверджує ефективність лазерного полірування у зменшенні шорсткості поверхні металевих шарів DED, одночасно встановлюючи оптимальні параметри процесу для лазерного полірування.
