पेपर अवलोकन
1 परिचय
एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (एएम) में, अल्ट्राशॉर्ट पल्स (यूएसपी) लेजर सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला के प्रसंस्करण को सक्षम करते हैं और निर्मित घटकों के आयाम और जटिलता को कम करने की क्षमता प्रदान करते हैं। यह अध्ययन लेजर पाउडर बेड फ्यूजन (एलपीबीएफ) सिस्टम के विकल्प के रूप में यूएसपी लेजर का उपयोग करने की व्यवहार्यता को प्रदर्शित करता है, विशेष रूप से महत्वपूर्ण भागों के निर्माण के लिए जिन्हें उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता होती है। अनुकूलित और स्व-निर्मित स्टेनलेस स्टील पाउडर कणों का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने वांछित परिणाम प्राप्त किए और प्रसंस्करण मापदंडों की एक श्रृंखला को अनुकूलित करके सफलतापूर्वक सुसंगत वर्ग परतें बनाईं।
अध्ययन इस बात की पुष्टि करता है कि यूएसपी लेज़रों - का उपयोग करते समय प्रक्रिया पैरामीटर एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, यहां तक कि इन मापदंडों में मामूली विचलन के परिणामस्वरूप अधूरा पिघलन हो सकता है। गर्मी संचय को बढ़ावा देने के लिए स्कैनिंग गति को कम करके, कम पल्स पुनरावृत्ति आवृत्तियों (500 किलोहर्ट्ज़) और कम औसत लेजर शक्तियों (0.5-1 डब्ल्यू) पर पिघलने को प्राप्त किया गया था। यह दृष्टिकोण भाग के आकार को और कम करने की क्षमता प्रदान करता है, जो यूएसपी लेजर स्रोतों का उपयोग करके एएम को आगे बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण है।
2. अध्ययन का सारांश
एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के निरंतर विकास के साथ, फेमटोसेकंड लेजर 316L स्टेनलेस स्टील के प्रसंस्करण के लिए आशाजनक क्षमता दिखाते हैं। यह पेपर 316L स्टेनलेस स्टील के फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण में प्रक्रिया मापदंडों के प्रभाव पर एक अध्ययन का सारांश और समीक्षा करता है। शोध का मुख्य उद्देश्य यह जांच करना है कि विनिर्माण स्थितियों को अनुकूलित करने के लिए लेजर पावर, पाउडर कण आकार, स्कैनिंग गति और हैच दूरी प्रसंस्करण गुणवत्ता और सामग्री प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करती है।
शोधकर्ताओं ने पहले 316L स्टेनलेस स्टील की विशेषताओं और उपयुक्तता का परिचय दिया, फिर फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण के कार्य सिद्धांत और तंत्र का विवरण दिया। इसके बाद, उन्होंने इस बात पर ध्यान केंद्रित किया कि कैसे लेजर शक्ति, कण आकार, स्कैनिंग गति और हैच दूरी - सहित प्रमुख पैरामीटर सामग्री की गुणवत्ता को प्रभावित करते हैं।
प्रायोगिक अध्ययनों के माध्यम से, टीम ने अत्यधिक उच्छेदन और भौतिक क्षति को रोकने के लिए एक इष्टतम लेजर पावर रेंज की पहचान की। उन्होंने यह भी पाया कि महीन पाउडर कण बेहतर पिघला हुआ पूल नियंत्रण और उच्च गठन सटीकता की ओर ले जाते हैं। इसके अलावा, स्कैनिंग गति और हैच दूरी में समायोजन से सतह के दोष और छिद्र को कम करने, गुणवत्ता और दक्षता दोनों में सुधार दिखाया गया।
अंत में, अध्ययन में 316L स्टेनलेस स्टील निर्माण में फेमटोसेकंड लेजर के अनुप्रयोग की संभावनाओं पर चर्चा की गई, जिसमें वर्तमान चुनौतियों और भविष्य के अनुसंधान दिशाओं पर प्रकाश डाला गया।
3. प्रायोगिक विश्लेषण और आंकड़े
3.1 यूएसपी लेजर सिद्धांत
अल्ट्राशॉर्ट पल्स (यूएसपी) लेजर बेहद कम पल्स अवधि उत्पन्न करते हैं, आमतौर पर फेमटोसेकंड (10⁻¹⁵ s) से पिकोसेकंड (10⁻¹² s) रेंज में। ये लेज़र नॉनलाइनियर ऑप्टिकल प्रभाव और अल्ट्राफास्ट ऑप्टिक्स पर निर्भर करते हैं।
यूएसपी लेजर का मुख्य घटक गुंजयमान गुहा है, जिसमें एक लेजर माध्यम (उदाहरण के लिए, एनडी: वाईएजी या टीआई: नीलमणि क्रिस्टल) और एक लाभ स्रोत (जैसे लेजर डायोड या फ्लैश लैंप) होता है। प्रवर्धन प्रक्रिया उत्तेजित उत्सर्जन के माध्यम से होती है, जहां फोटॉन बार-बार गुहा में दर्पणों के बीच प्रतिबिंबित होते हैं और प्रवर्धित होते हैं, अंततः एक शक्तिशाली आउटपुट बीम बनाते हैं।
यूएसपी लेज़र स्वयं - चरण मॉड्यूलेशन और नॉनलीनियर अपवर्तन जैसे गैर-रेखीय ऑप्टिकल प्रभावों का लाभ उठाकर अल्ट्राशॉर्ट पल्स अवधि प्राप्त करते हैं। आवृत्ति को दोगुना करने वाले क्रिस्टल या फाइबर जैसे ऑप्टिकल तत्व पल्स स्पेक्ट्रम को चौड़ा और संपीड़ित करने में मदद करते हैं, जिससे फेमटोसेकंड रेंज में पल्स अवधि तक पहुंच जाती है।
चित्र 1 - विभिन्न लेजर शक्तियों पर तापमान विकास
चित्र 1 दिखाता है कि अलग-अलग लेज़र शक्ति के साथ तापमान कैसे बदलता है।
उच्च शक्ति (लाल वक्र):तापमान पिघलने और पृथक्करण की सीमा से अधिक हो जाता है।
कम शक्ति (हरा वक्र):पिघलने के लिए अपर्याप्त तापमान.
इष्टतम शक्ति (नीला वक्र):बिना उधेड़न के पिघलने में सक्षम बनाता है।
चित्र 2 - मोटे और महीन पाउडर की एसईएम छवियां
Ceit ने AM के लिए अनुकूलित गैस परमाणुकृत धातु पाउडर विकसित किया। दो प्रकार के पाउडर का उपयोग किया गया:
मोटा पाउडर (20-45 µm)
बारीक पाउडर (<20 µm)
महीन पाउडर ने बेहतर पिघल नियंत्रण और परत एकरूपता हासिल की।
चित्र 3 - पहली परत जमा करने की प्रक्रिया
पाउडर के आसंजन को बढ़ाने के लिए, सतह की खुरदरापन को बढ़ाने के लिए सब्सट्रेट को पहले लेजर से उपचारित किया गया। प्रोफिलोमेट्रिक विश्लेषण में 3.3 µm की सतह खुरदरापन (Sa) और 51.499 µm की गहराई दिखाई गई। फिर एक समान मोटाई प्राप्त करते हुए, ब्लेड विधि का उपयोग करके परतें लगाई गईं:
मोटा पाउडर: 100-200 µm परतें
महीन पाउडर: 50 µm परतें
चित्र 4 - मोटे पाउडर प्रसंस्करण पर शक्ति प्रभाव
एएम में यूएसपी लेज़रों का उपयोग करना एक चुनौती प्रस्तुत करता है: बिना उच्छेदन के पाउडर को पिघलाना। अतिरिक्त शक्ति से कणों का निष्कासन या सब्सट्रेट क्षति होती है। एब्लेशन थ्रेशोल्ड के नीचे लेज़र शक्ति को कम करने से सफल पिघलन होता है।
0.5 W से नीचे की शक्ति पर, महीन पाउडर अप्रभावित रहता है, जबकि इस सीमा से ऊपर, कण पिघल जाते हैं और बड़े गोले में मिल जाते हैं।
चित्र 5 - महीन पाउडर पर शक्ति भिन्नता
शक्ति को 0.59 वॉट से बढ़ाकर 0.765 वॉट करने से पिघलने में वृद्धि हुई, जिससे चिकनी और अधिक समान सतहों का निर्माण हुआ। सतह का खुरदरापन (Sa) 3.45 µm से घटकर 2.58 µm हो गया।
चित्र 6 - स्कैनिंग गति का प्रभाव
0.674 डब्लू और 10 µm हैच दूरी पर:
स्कैनिंग गति को 5 मिमी/सेकंड से घटाकर 2.5 मिमी/सेकंड करने से गर्मी संचय और कण सहसंयोजन में वृद्धि हुई, समूहों का विस्तार हुआ और Sa को 5.43 µm से बढ़ाकर 6.75 µm हो गया।
0.765 डब्लू पर, धीमी स्कैनिंग से बेहतर परिणाम प्राप्त हुए (Sa ≈ 3.9-4.1 µm)।
चित्र 7 - शक्ति और गति का संयुक्त प्रभाव
उच्च शक्ति स्तर (0.85-0.935 डब्लू) और स्कैनिंग गति 2.5 मिमी/सेकेंड तक कम होने पर, सा और घटकर 3.5-3.8 µm हो गया। 1.5 मिमी/सेकेंड से नीचे, ज़्यादा गरम होने के कारण पाउडर फट गया और जलने लगा।
चित्र 8 - हैच दूरी में कमी
हैच दूरी को 7 µm से घटाकर 5 µm करने से सतह की गुणवत्ता में उल्लेखनीय सुधार हुआ - Sa 6.75 µm से घटकर 4.1 µm हो गया। अत्यधिक बड़ी दूरी के कारण असमान पिघलने और दोष निर्माण हुआ।
चित्र 9 - हैच दूरी प्रभाव
इष्टतम शक्ति और गति विंडो के भीतर, हैच दूरी को कम करने से लगातार सतह की एकरूपता में सुधार हुआ, जिससे न्यूनतम 2-3 µm तक Sa प्राप्त हुआ। गर्मी संचय को संतुलित करने के लिए गति में समायोजन आवश्यक था।
चित्र 10 - इष्टतम प्रक्रिया पैरामीटर
सबसे अच्छी प्रसंस्करण स्थिति में 2.37 µm के Sa के साथ अत्यधिक समान पिघली हुई सतह प्राप्त की गई:
लेजर शक्ति:0.775 W
स्कैनिंग गति:2.5 मिमी/सेकेंड
हैच दूरी:7.5 µm
4. निष्कर्ष
एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में यूएसपी लेजर की क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए, फेमटोसेकंड लेजर को दो प्रकार के स्टेनलेस स्टील पाउडर का उपयोग करके एलपीबीएफ प्रक्रिया में एकीकृत किया गया था। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता हैलेजर शक्तिसबसे महत्वपूर्ण कारक है - अत्यधिक शक्ति उच्छेदन का कारण बनती है, जबकि बहुत कम शक्ति पिघलने से रोकती है।
एक बार एक इष्टतम पावर विंडो स्थापित हो गई (0.775-0.935 डब्ल्यू), स्कैनिंग गति और हैच दूरी को ठीक करने से सतह की चिकनाई में और सुधार हुआ। सबसे अच्छे परिणाम यहाँ प्राप्त हुए:
शक्ति: 0.775–0.935 W
स्कैनिंग गति:2.5 मिमी/सेकेंड
हैच दूरी: 5–7.5 µm
इन अनुकूलित मापदंडों के तहत, एक समान पिघलने और न्यूनतम सतह खुरदरापन हासिल किया गया, जिससे सूक्ष्म - पैमाने के घटकों के उच्च {{0}सटीक योजक विनिर्माण के लिए यूएसपी लेजर की व्यवहार्यता की पुष्टि हुई।
