02
चयनित आंकड़े और पाठ
1. परिचय: पारंपरिक लेजर विनिर्माण के दर्द बिंदु और यूवीए का जन्म-एलएम
पारंपरिक लेजर विनिर्माण में तीन मुख्य समस्याएं आती हैं:
महत्वपूर्ण तापीय दोष
अत्यधिक तापमान प्रवणता और तेजी से जमना आसानी से मौलिक पृथक्करण, भंगुर इंटरमेटेलिक यौगिकों, दरारें और अवशिष्ट तनाव का निर्माण करता है;
गैर-समान सूक्ष्म संरचना
उच्च {{0}एन्ट्रॉपी मिश्र धातु (एचईए) और दुर्दम्य मिश्र धातु जैसी उन्नत सामग्रियों के प्रसंस्करण में, स्तंभ के दानों पर हावी गैर-समान सूक्ष्म संरचनाएं उत्पन्न होने की संभावना होती है, जो प्रदर्शन स्थिरता को प्रभावित करती हैं;
कम प्रक्रिया दक्षता
खराब पिघले पूल की तरलता से असमान कण वितरण होता है (उदाहरण के लिए, निर्देशित ऊर्जा जमाव में पाउडर धारा विचलन)।
To address these problems, ultrasonic vibration-assisted laser manufacturing (UVA-LM) emerged – by synchronously applying high-frequency ultrasonic vibration (>20 किलोहर्ट्ज़) लेजर के साथ, यह पिघले पूल व्यवहार को नियंत्रित करने और विनिर्माण प्रदर्शन में सहक्रियात्मक वृद्धि हासिल करने के लिए "ध्वनिक स्ट्रीमिंग + गुहिकायन" दोहरे तंत्र का उपयोग करता है (चित्रा 1)।
2. अल्ट्रासोनिक कंपन-असिस्टेड लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (UVA-AM)
UVA{0}}AM को मुख्य रूप से लेजर पाउडर बेड फ्यूजन (LPBF) और निर्देशित ऊर्जा जमाव (DED) पर लागू किया जाता है, जिसका मुख्य उद्देश्य एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में "एनिसोट्रॉपी" और "मेटलर्जिकल दोष" के मुद्दों को संबोधित करना है।
2.1 प्रक्रिया डिज़ाइन: अल्ट्रासाउंड और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का सटीक युग्मन कैसे प्राप्त करें?
यूवीए-एलपीबीएफ सिस्टम
(चित्रा 4): एक 40 kHz उच्च आवृत्ति कंपन एक पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर द्वारा उत्पन्न होता है और एक आयाम ट्रांसफार्मर के माध्यम से सब्सट्रेट तक प्रेषित होता है, जिससे लेजर स्कैनिंग और अल्ट्रासोनिक कंपन का सिंक्रनाइज़ेशन प्राप्त होता है (अल्ट्रासोनिक शक्ति समायोज्य है, विशिष्ट आयाम 20 माइक्रोमीटर है);
UVA-DED प्रणाली
(चित्रा 6): पाउडर जेट प्रक्षेपवक्र को अल्ट्रासोनिक कंपन द्वारा नियंत्रित किया जाता है, एक "अल्ट्रासाउंड - कण युग्मन मॉडल" (भविष्यवाणी सटीकता 97.7%) स्थापित किया जाता है, पाउडर फैलाव कोण को 15.3 डिग्री से घटाकर 14.1 डिग्री कर दिया जाता है, और वितरण एकरूपता में 11.5% सुधार किया जाता है।
2.2 प्रदर्शन में सुधार: सूक्ष्म संरचना और यांत्रिक गुणों का दोहरा अनुकूलन
अनाज शोधन
एक उदाहरण के रूप में GH5188 उच्च तापमान मिश्र धातु (चित्र 7) लेते हुए, UVA-LPBF औसत अनाज के आकार को 80.91 μm से 53.02 μm तक कम कर सकता है, और {001} बनावट की तीव्रता 10.37 MUD (मल्टीपल ओरिएंटेशन डिस्ट्रीब्यूशन यूनिट) से 7.696 MUD तक कम कर सकता है, जिससे यांत्रिक अनिसोट्रॉपी में काफी कमी आती है;
उन्नत यांत्रिक गुण
सूक्ष्म कठोरता: अल्ट्रासोनिक सहायता (287.7 एचवी → 300.6 एचवी) के बाद जीएच5188 मिश्र धातु की औसत कठोरता 4.49% बढ़ गई;
तन्यता गुण: UVA{0}}DED उपचार के बाद, 1Cr12Ni3MoVN मिश्र धातु का बढ़ाव 53.8% बढ़ गया, और ताकत और बढ़ाव (PSE) का उत्पाद 52.9% बढ़ गया (चित्र 13);
दोष दमन
Inconel 718/Ti6Al4V मिश्रित सामग्री में, अल्ट्रासोनिक सहायता Ti₂Ni इंटरमेटेलिक यौगिकों की सामग्री को 48.3% तक कम कर सकती है, और जाली बेमेल को 12.7% से 7.4% तक कम कर सकती है (चित्र 9)।
3. अल्ट्रासोनिक कंपन-असिस्टेड लेजर क्लैडिंग (यूवीए-एलसी)
लेजर क्लैडिंग (एलसी) सतह को मजबूत करने के लिए एक मुख्य तकनीक है, लेकिन पारंपरिक एलसी में "मजबूत करने वाले चरणों का असमान वितरण" और "क्रैकिंग" होने का खतरा है। अल्ट्रासोनिक नियंत्रण के माध्यम से UVA-LC, क्लैडिंग परत की "कठोरता और पहनने के प्रतिरोध" दोनों में दोहरा सुधार प्राप्त करता है।
3.1 उपकरण डिज़ाइन: अल्ट्रासोनिक प्रणाली का अनुनाद मिलान
UVA{0}}LC सिस्टम को "अल्ट्रासोनिक सिस्टम - सब्सट्रेट - पिघला हुआ पूल" के अनुनाद मिलान को संतुष्ट करने की आवश्यकता है (आंकड़े 15, 16):
अल्ट्रासोनिक आवृत्ति: आमतौर पर 20 kHz, पिघले हुए पूल में कंपन ऊर्जा के कुशल हस्तांतरण को सुनिश्चित करने के लिए अल्ट्रासोनिक आयाम ट्रांसफार्मर की लंबाई को मोडल विश्लेषण (115-130 मिमी) के माध्यम से अनुकूलित किया जाता है;
सब्सट्रेट डिज़ाइन: एक "आधा - तरंग दैर्ध्य संरचना" को अपनाया जाता है (चित्रा 16), और परिमित तत्व सिमुलेशन (एएनएसवाईएस) का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि सब्सट्रेट अनुनाद आवृत्ति अल्ट्रासोनिक आवृत्ति (त्रुटि < 1%) से मेल खाती है।
