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पेपर परिचय
डायरेक्टेड एनर्जी डिपोजिशन (DED) {{0} जिसे लेजर क्लैडिंग के रूप में भी जाना जाता है {{1} एक एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक है जो धातु के घटकों को परत दर परत बनाने के लिए एक समाक्षीय पाउडर फीडिंग सिस्टम के साथ मिलकर एक उच्च - पावर लेजर का उपयोग करती है। पारंपरिक कास्टिंग और मशीनिंग प्रक्रियाओं के विपरीत, विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान परत की ऊंचाई, स्कैनिंग गति और लेजर पावर जैसे प्रसंस्करण मापदंडों के निरंतर उतार-चढ़ाव के कारण डीईडी में जमा परतों के यांत्रिक गुण काफी भिन्न हो सकते हैं। डीईडी तकनीक में हासिल की गई कई प्रगति के बावजूद, प्रसंस्करण के दौरान यांत्रिक गुणों जैसे यंग मापांक और पॉइसन अनुपात के *इन-सीटू* मूल्यांकन पर शोध दुर्लभ बना हुआ है; यह *इन-सीटू* निगरानी और गुणवत्ता आश्वासन को विशेष रूप से महत्वपूर्ण बनाता है।
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**अध्ययन अवलोकन**
यह अध्ययन निर्देशित ऊर्जा जमाव (डीईडी) विधि के माध्यम से संसाधित सामग्रियों के यांत्रिक गुणों का आकलन करने के लिए एक गैर-{0}}संपर्क, इन-सीटू तकनीक विकसित करता है। यह नवोन्मेषी तकनीक फेमटोसेकेंड लेजर अल्ट्रासोनिक्स को लेजर पॉलिशिंग के साथ एकीकृत करती है ताकि यंग के मापांक और पॉइसन के अनुपात का पूरी तरह से गैर-{3}}संपर्क और गैर--विनाशकारी मूल्यांकन सक्षम किया जा सके। गीगाहर्ट्ज से टीएचजेड फ्रीक्वेंसी रेंज में फेमटोसेकंड लेजर से उत्पन्न अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करके, सिस्टम उप-माइक्रोन स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है, जिससे उच्च गुणवत्ता, परत-दर-परत मूल्यांकन की सुविधा मिलती है। जमा परतों में निहित सतह खुरदरेपन के बीच अल्ट्रासोनिक संकेतों का पता लगाने की चुनौती का समाधान करने के लिए, अनुसंधान टीम ने पारंपरिक यांत्रिक पॉलिशिंग के बजाय -सीटू लेजर पॉलिशिंग{{13}का उपयोग किया, जिसने अल्ट्रासोनिक तरंगों की पता लगाने की क्षमता को काफी बढ़ा दिया। विभिन्न डीईडी प्रसंस्करण स्थितियों के तहत किए गए परीक्षणों से पता चला है कि इस तकनीक द्वारा मूल्यांकन किए गए यांत्रिक गुणों में निर्माण प्रक्रिया पूरी होने के बाद किए गए स्वतंत्र तन्य परीक्षणों से प्राप्त परिणामों के साथ उच्च स्तर की स्थिरता प्रदर्शित होती है।
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**सचित्र विश्लेषण**
चित्र 1 डीईडी प्रक्रिया के भीतर इन-सीटू मैकेनिकल प्रॉपर्टी मूल्यांकन तकनीक के लिए समग्र वर्कफ़्लो का एक योजनाबद्ध अवलोकन प्रस्तुत करता है। यह स्पष्ट रूप से सब्सट्रेट से शुरू होने वाली मूल प्रक्रिया को दर्शाता है {{4}जो क्रमिक रूप से चार अलग-अलग चरणों के माध्यम से जमा परत के यंग मापांक और पॉइसन के अनुपात का अनुमान पूरा करता है: चरण 1 डीईडी प्रक्रिया को निष्पादित करने के लिए डीईडी लेजर का उपयोग करता है, एक खुरदरी सतह और लगभग 100 माइक्रोन की मोटाई के साथ एक डीईडी परत बनाने के लिए धातु पाउडर को संलयन और जमा करता है; चरण 2 लेजर पॉलिशिंग करने के लिए एक पॉलिशिंग लेजर (जो डीईडी लेजर के समान उपकरण हो सकता है) का उपयोग करता है; रीमेल्टिंग के माध्यम से, यह प्रक्रिया जमा सामग्री की सतह पर एक चिकनी रीमेल्टेड परत बनाती है, जिससे अंकगणितीय माध्य खुरदरापन लगभग 0.3 μm तक कम हो जाता है; चरण 3 पॉलिशिंग के बाद ठोस क्षेत्र के भीतर GHz-THz आवृत्ति रेंज के भीतर अल्ट्रासोनिक तरंगों को उत्तेजित करने और मापने के लिए एक फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग करता है; चरण 4 तनाव संबंधों के संयोजन के साथ, मापे गए अल्ट्रासोनिक संकेतों के आधार पर यंग मापांक और पॉइसन के अनुपात का अनुमान लगाता है। आरेख में प्रमुख लेजर उपकरण और प्रत्येक चरण से जुड़े सतह रूपात्मक परिवर्तनों को उजागर करने वाले संबंधित एनोटेशन भी शामिल हैं, जिससे तकनीक के संपूर्ण "जमा-पॉलिशिंग-डिटेक्शन-आकलन" वर्कफ़्लो में पूरी तरह से गैर-संपर्क और गैर-विनाशकारी विशेषताओं का एक दृश्य प्रदर्शन प्रदान किया जाता है।
चित्र 2 डीईडी धातु परतों की सतह खुरदरापन पर लेजर पॉलिशिंग के प्रभाव की जांच करने वाला एक व्यापक तुलनात्मक विश्लेषण प्रस्तुत करता है। तीन उप-चित्रों -(ए), (बी), और (सी) को मिलाकर विश्लेषण किया जाता है। विश्लेषण तीन आयामों में किया जाता है: मात्रात्मक पैरामीटर, मैक्रोस्कोपिक आकृति विज्ञान और सूक्ष्म स्थलाकृति, नमूना I के लिए पहचाने गए पॉलिशिंग मापदंडों के इष्टतम सेट पर केंद्रीय फोकस के साथ। सबफिगर (ए) 16 अलग-अलग पॉलिशिंग पैरामीटर संयोजनों के अनुरूप सतह खुरदरापन मूल्यों की एक मात्रात्मक तालिका प्रदर्शित करता है, जो 200-350 डब्ल्यू की पॉलिशिंग शक्तियों और 13-21 मिमी/सेकेंड की पॉलिशिंग गति तक फैली हुई है। यह तालिका नमूना I पर 16 एकल परत ट्रैक को पॉलिश करने के बाद मापे गए वास्तविक रा मानों को दर्शाती है, जो स्पष्ट रूप से इष्टतम पैरामीटर सेट (I - 11, रा {{16%) μm) के रूप में 300 W + 18 मिमी/सेकेंड संयोजन की पहचान करती है; इसके अलावा, यह अन्य पैरामीटर श्रेणियों से जुड़े मुद्दों को उजागर करता है, विशेष रूप से, कम शक्ति, उच्च गति संयोजन और पाउडर वाष्पीकरण के कारण सतह की लहर को प्रेरित करने के लिए उच्च शक्ति, कम गति संयोजन की प्रवृत्ति के परिणामस्वरूप उच्च खुरदरापन मान। सबफिगर (बी) इष्टतम मापदंडों के साथ पॉलिश करने से पहले और बाद में नमूना I-11 की क्लोज-अप मैक्रोस्कोपिक तुलना प्रस्तुत करता है, जो पॉलिशिंग प्रक्रिया के बाद सतह की सपाटता और एकरूपता में एक महत्वपूर्ण सुधार को प्रदर्शित करता है। सबफ़िगर (सी) ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवियों (40 माइक्रोन के सुसंगत पैमाने पर) का एक तुलनात्मक दृश्य प्रदान करता है जो नमूना I-11 को इष्टतम पॉलिशिंग (बाएं) बनाम इसकी बिना पॉलिश की स्थिति (दाएं) के बाद दिखाता है; बिना पॉलिश की गई सतह में अप्रयुक्त पाउडर कणों की प्रचुरता, महत्वपूर्ण असमानता और प्रकाश बिखरने के परिणामस्वरूप गहरा रूप दिखाई देता है, जबकि पॉलिश की गई सतह वस्तुतः अप्रयुक्त पाउडर से मुक्त होती है, सपाट और चिकनी दिखाई देती है, और समान प्रकाश प्रतिबिंब प्रदर्शित करती है। अंततः, इस इष्टतम पैरामीटर सेट ने सतह के खुरदरेपन को 4.2 μm के प्रारंभिक मूल्य से घटाकर 0.31 μm कर दिया - जो कि 93% की सुधार दर है। मात्रात्मक डेटा, मैक्रोस्कोपिक आकृति विज्ञान और सूक्ष्म स्थलाकृति को शामिल करते हुए इस त्रिपक्षीय तुलना के माध्यम से, यह आंकड़ा डीईडी धातु परतों की सतह खुरदरापन को कम करने में लेजर पॉलिशिंग की प्रभावकारिता को प्रभावी ढंग से मान्य करता है, साथ ही साथ लेजर पॉलिशिंग के लिए इष्टतम प्रक्रिया मापदंडों को स्थापित करता है।
