01
Pappersintroduktion
Tillverkning av laseradditiv resulterar ofta i grova korn på grund av höga temperaturgradienter. Traditionell ultraljudsassistans av typen-kontakt kan förfina korn men står inför två stora utmaningar: för det första minskar ultraljudsenergin när utskriftshöjden ökar, vilket leder till grova korn på toppen av stora komponenter; för det andra kan ultraljud med hög-intensitet inducera kavitationseffekter som lätt skapar pordefekter.
Ett forskarteam från Northwestern Polytechnical University föreslog en beröringsfri ultraljudsteknik, som integrerar ultraljudsenheten med munstycket och introducerar ultraljud genom ett luftmedium. Den här metoden bryter mot den traditionella uppfattningen att "kornförfining måste förlita sig på kavitation", med användning av rena akustiska strömningseffekter för att uppnå jämnt täta fina likaxliga kornstrukturer i hela höjden av stora Inconel 718 och 316L prover, vilket avsevärt förbättrar styrkan och tar itu med industrins utmaning med ojämna mikrostrukturer i stora komponenter.
02
Översikt
Den här studien syftar till att ta itu med flaskhalsarna med ojämn mikrostruktur och defektkänslighet vid ultraljudsassisterad tillsatstillverkning.- Forskargruppen utvecklade ett -beröringsfritt ultraljudssystem som rör sig med laserhuvudet, vilket säkerställer att smältbassängen får en konstant energitillförsel under kavitationströskeln.
Experiment visar att traditionellt kontaktultraljud misslyckas när utskriftshöjden överstiger 15 mm, medan den nya tekniken bibehåller enhetliga fina korn inom en höjd av 100 mm, utan kavitationsdefekter. Mekanistiska studier indikerar att ultraljud med låg-intensitet inducerar hög-oscillerande flöde (akustisk strömning) i smältbassängen, vilket gör att växande dendritarmar genomgår utmattningsbrott och bildar nya kärnor, och därigenom förfinar kornen. Denna upptäckt korrigerar det akademiska samhällets ensidiga-förståelse av mekanismen för ultraljudskornförfining och ger en universell och pålitlig ny metod för hög-tillverkning av metalltillsatser.
03
Illustrerad analys
Figur 1 ger en direkt jämförelse av de två tekniska tillvägagångssätten. Figur (a) visar det icke-kontaktläge som föreslagits i denna studie, där ultraljudsgivaren rör sig med munstycket för att säkerställa konstant energitillförsel; Figur (b) visar det traditionella kontaktläget, där ultraljud sänds genom substratet. Från EBSD-resultaten från prover i stor-storlek (f-h), kan det ses att kontaktmetoden (h) misslyckas i den övre delen av provet, med korn som förstoras till kolumnära strukturer; medan icke-kontaktmetoden (f) upprätthåller enhetliga fina likaxliga korn över hela 100 mm höjden. Dessutom indikerar de mekaniska prestandadata i figurerna (i-k) att den icke{10}}kontaktmetoden (LU) inte bara avsevärt förbättrar styrkan utan också visar mycket låg dataspridning, vilket visar processens höga tillförlitlighet.
Figur 2 visar fördelarna med låg-ultraljud vid defektkontroll. Morfologin för enkel-spårsbeklädnad i figur (a-i) visar att när ultraljudsintensiteten ökar till ett högt område, uppvisar smältbanorna kraftiga utbuktningar, gropar och till och med diskontinuiteter (i), som orsakas av den våldsamma kollapsen av kavitationsbubblor. Däremot har smältspår behandlade med ultraljud med låg-intensitet (b-e) jämna och kontinuerliga ytor, jämförbara med tillståndet utan ultraljud. CT-skanningsresultat (k-p) kvantifierar porositeten ytterligare; hög-ultraljudsintensivt ultraljud leder till en ökning av porositeten, medan ultraljud med låg-intensitet som används i denna studie knappt ökar porositeten, vilket säkerställer hög densitet för de utskrivna delarna.
04
Sammanfattning
1. Föreslog och tillämpade framgångsrikt en icke-kontaktlåg-ultraljuds-assisterad lasertillverkningsteknik, som effektivt undviker de två stora problemen med traditionella kontakttekniker med hög-intensiv ultraljud-ojämn mikrostruktur och interna defekter-vid tillverkning av stora metalldelar;
2. Genom mekanistisk forskning korrigerade den traditionella ensidiga förståelsen inom akademin angående ultraljudskornförfiningsmekanismer, vilket demonstrerade den rena akustiska strömningseffekten, där hög-oscillerande flöden inducerar dendritutmattningsbrott, vilket uppnår betydande kornförfining och homogenisering;
3. Denna teknik ger en hög-, mycket konsekvent allmän lösning för additiv tillverkning av olika metaller som Inconel 718 och 316L;
4. Forskningsresultaten är inte bara praktiskt värdefulla inom området additiv tillverkning utan ger också viktiga teoretiska grunder och processvägledning för andra processteknologier som involverar stelning av smält pool, såsom svetsning och beklädnad.
