01
مقدمة الورق
ترسيب الطاقة الموجهة (DED)-المعروف أيضًا باسم الكسوة بالليزر-هي تقنية تصنيع مضافة تستخدم ليزر عالي الطاقة-مدمجًا مع نظام تغذية مسحوق متحد المحور لتصنيع المكونات المعدنية طبقة بعد طبقة. على عكس عمليات الصب والتصنيع التقليدية، يمكن أن تختلف الخصائص الميكانيكية للطبقات المودعة في DED بشكل كبير بسبب التقلب المستمر لمعلمات المعالجة-مثل ارتفاع الطبقة، وسرعة المسح، وطاقة الليزر-أثناء عملية التصنيع. على الرغم من التطورات العديدة التي تم تحقيقها في تقنية DED، إلا أن البحث في التقييم *في-الموقع* للخصائص الميكانيكية-مثل معامل يونج ونسبة بواسون-أثناء المعالجة يظل نادرًا؛ وهذا يجعل المراقبة *في{10}}الموقع* وضمان الجودة أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص.
02
**نظرة عامة على الدراسة**
تعمل هذه الدراسة على تطوير تقنية عدم الاتصال-في الموقع لتقييم الخواص الميكانيكية للمواد التي تتم معالجتها عبر طريقة ترسيب الطاقة الموجهة (DED). تدمج هذه التقنية المبتكرة الموجات فوق الصوتية بليزر الفيمتو ثانية مع التلميع بالليزر لتمكين إجراء تقييم غير ملامس وغير مدمر تمامًا - لمعامل يونج ونسبة بواسون. من خلال استخدام ليزر الفيمتو ثانية -موجات فوق صوتية تم إنشاؤها في نطاق التردد من جيجا هرتز إلى T هرتز، يحقق النظام دقة مكانية أقل من - ميكرون، وبالتالي تسهيل تقييم-الجودة العالية للطبقة-بواسطة-الطبقة. ولمواجهة التحدي المتمثل في اكتشاف إشارات الموجات فوق الصوتية وسط خشونة السطح المتأصلة في الطبقات المترسبة، استخدم فريق البحث-التلميع بالليزر في الموقع-بدلاً من التلميع الميكانيكي التقليدي-مما عزز بشكل كبير إمكانية اكتشاف الموجات فوق الصوتية. أظهرت الاختبارات التي أجريت في ظل ظروف معالجة مختلفة لـ DED أن الخواص الميكانيكية التي تم تقييمها بواسطة هذه التقنية تظهر درجة عالية من الاتساق مع النتائج التي تم الحصول عليها من اختبارات الشد المستقلة التي تم إجراؤها بعد اكتمال عملية التصنيع.
03
**التحليل المصور**
يعرض الشكل 1 نظرة عامة تخطيطية على سير العمل الإجمالي لتقنية تقييم الخصائص الميكانيكية-في الموقع ضمن عملية DED. إنه يوضح بوضوح الإجراء الأساسي-الذي يبدأ من الركيزة- والذي يكمل بشكل تسلسلي تقدير معامل يونغ ونسبة بواسون للطبقة المودعة من خلال أربع خطوات متميزة: الخطوة 1 تستخدم ليزر DED لتنفيذ عملية DED، ودمج وترسيب مسحوق المعدن لتشكيل طبقة DED ذات سطح خشن وسمك حوالي 100 ميكرومتر؛ الخطوة 2 تعيد -استخدام ليزر التلميع (والذي قد يكون نفس جهاز ليزر DED) لإجراء التلميع بالليزر؛ من خلال إعادة الصهر، تخلق هذه العملية طبقة ناعمة منصهرة على سطح المادة المترسبة، مما يقلل من خشونة المتوسط الحسابي إلى حوالي 0.3 ميكرومتر؛ تستخدم الخطوة 3 ليزر الفيمتو ثانية لإثارة وقياس الموجات فوق الصوتية ضمن نطاق التردد جيجاهرتز – تيراهيرتز داخل المنطقة الصلبة بعد التلميع؛ تقدر الخطوة 4 معامل يونج ونسبة بواسون بناءً على إشارات الموجات فوق الصوتية المقاسة، بالتزامن مع علاقات الإجهاد-والانفعال. يتميز الرسم التخطيطي أيضًا بالشروح المقابلة التي تسلط الضوء على معدات الليزر الرئيسية والتغيرات المورفولوجية السطحية المرتبطة بكل خطوة، مما يوفر عرضًا مرئيًا لخصائص عدم الاتصال وغير -غير التلامسية الكاملة للتقنية عبر سير عمل "الترسيب والتلميع والكشف والتقدير" بالكامل.
يعرض الشكل 2 تحليلاً مقارناً شاملاً يبحث في تأثير التلميع بالليزر على خشونة سطح الطبقات المعدنية DED. يشتمل التحليل على ثلاثة أشكال فرعية -(أ) و(ب) و(ج)- ويتم إجراء التحليل عبر ثلاثة أبعاد: المعلمات الكمية والتشكل العياني والتضاريس المجهرية، مع التركيز المركزي على المجموعة المثالية من معلمات التلميع المحددة للعينة I-11. يعرض الشكل الفرعي (أ) جدولًا كميًا لقيم خشونة السطح المقابلة لـ 16 مجموعة مميزة من معلمات التلميع، والتي تمتد لقوى تلميع تتراوح من 200 إلى 350 واط وسرعات تلميع تتراوح من 13 إلى 21 مم / ثانية. يوضح هذا الجدول قيم Ra الفعلية التي تم قياسها بعد تلميع 16 مسارًا فرديًا للطبقة - في العينة I، مع تحديد مجموعة 300 واط + 18 مم / ثانية بوضوح باعتبارها مجموعة المعلمات المثالية (I-11، Ra=0.31 ميكرومتر)؛ علاوة على ذلك، فهو يسلط الضوء على المشكلات المرتبطة بنطاقات المعلمات الأخرى-على وجه التحديد، قيم الخشونة الأعلى الناتجة عن مجموعات-الطاقة المنخفضة، و-السرعة العالية، والميل إلى تركيبات-الطاقة العالية، ومجموعات السرعة-المنخفضة للحث على تموج السطح بسبب تبخر المسحوق. يقدم الشكل الفرعي (ب) مقارنة مجهرية عن قرب للعينة I-11 قبل وبعد التلميع باستخدام المعلمات المثالية، مما يدل بصريًا على تحسن كبير في تسطيح السطح وتوحيده بعد عملية التلميع. يوفر الشكل الفرعي (ج) عرضًا مقارنًا لصور المجهر الضوئي (بمقياس ثابت قدره 40 ميكرومتر) يُظهر العينة I-11 بعد التلميع الأمثل (يسار) مقابل حالتها غير المصقولة (يمين)؛ يتميز السطح غير المصقول بوفرة جزيئات المسحوق غير المصقولة، وعدم استواء كبير، ومظهر أغمق ناتج عن تشتت الضوء، في حين أن السطح المصقول خالٍ فعليًا من المسحوق غير المصهور، ويبدو مسطحًا وناعمًا، ويظهر انعكاسًا موحدًا للضوء. في النهاية، أدت مجموعة المعلمات المثالية هذه إلى تقليل خشونة السطح من القيمة الأولية البالغة 4.2 ميكرومتر إلى 0.31 ميكرومتر - بمعدل تحسن قدره 93%. من خلال هذه المقارنة الثلاثية التي تشمل البيانات الكمية والتشكل العياني والتضاريس المجهرية، يتحقق هذا الرقم بشكل فعال من فعالية التلميع بالليزر في تقليل خشونة سطح الطبقات المعدنية DED مع تحديد معلمات العملية المثلى للتلميع بالليزر في نفس الوقت.
