Plataforma de vibração assistida por ultra-som

1. Visão técnica

Definição：
A revestimento de laser de vibração bidimensional ultrasônica é uma tecnologia de fabricação aditiva composta que combina a revestimento a laser (Revestimento lasercom vibração ultrasônica)Vibração ultrasônica(Vantagens). Através da introdução de vibrações bidimensionais (comoXYdireção), pode melhorar ainda mais a microestrutura da camada de fusão, a distribuição da tensão residual e a qualidade da superfície.

Composição central：

·Sistema de fusão a laserLaser de alta potência (por exemplo, laser de fibra óptica), sistema de administração de pó (pó ou fio), plataforma de controle de movimento.

·Dispositivo de vibração ultrasônicaGerador de ultra-som, conversor de energia, variável, mesa de trabalho de vibração bidimensional (ou cabeça de vibração).

·sistema de controlo: Parâmetros de controle sincronizado do laser, frequência de vibração/Amplitude e caminho de movimento.

2. Princípios técnicos

·Fusão a laserA superfície do substrato de fusão do feixe de laser forma uma piscina de fusão, enquanto o pó metálico é transportado para formar um revestimento de ligação metalúrgica.

·Efeito de ultra-som：

ouEfeito de cavitação: O ultra-som produz micro-bolhas na piscina de fusão, liberando energia ao quebrar e refinando os grãos.

ouEfeito de fluxo sonoroPromover a convecção dentro da piscina de fusão, uniformizar a distribuição dos componentes e reduzir os poros de ar/Misturado.

ouAuxiliar vibraçãoA vibração bidimensional pode quebrar a direção de crescimento do ramo, refinar ainda mais o tecido e reduzir o estresse residual.

3. Características técnicas

Vantagens：

·Melhoria das microorganizaçõesRedução significativa do tamanho do grão (até a escala nanométrica), melhorando a dureza e a resistência ao desgaste.

·Redução de defeitosRedução da porosidade do ar (pode ser reduzida)30%~50%Sensibilidade à fissura.

·Controle da tensão residualA deformação plástica introduzida pela vibração pode compensar o estresse térmico e melhorar a vida de fadiga.

·Uniformidade do revestimentoA vibração bidimensional torna a espessura da camada de fusão mais consistente e a rugosidade da superfície (Ra(Pode ser reduzido20%~40%- É.

Desafios：

·Parâmetros complexos do processo (otimização da potência do laser, velocidade de varredura e frequência de vibração)/amplitude, etc.).

·A integração do dispositivo de ultra-som com a cabeça do laser é mais difícil de projetar.

·O custo é maior do que a fusão a laser convencional.

4. Parâmetros principais do processo

·Parâmetros do laserA potência (500 ~ 3000WDiâmetro da mancha (0,5 ~ 3 milímetrosVelocidade de digitalização (5 ~ 20mm / s).

·Parâmetros de vibração：

ouFrequência:20 ~ 40kHz(faixa de ultra-som) ou vibração de baixa frequência (< 1kHz).

ouAmplitude:5 ~ 50 μm(A vibração bidimensional precisa corresponder à direção).

·Escolha de materiaisLigas à base de níquel (comoInconel 625Ligas à base de cobalto, aço inoxidável, liga de titânio, etc.

5. Área de aplicação

·Aeroespacial: Revestimento resistente ao desgaste da lâmina da turbina, reparação de liga de alta temperatura.

·Equipamento energético: reforço da vedação da válvula nuclear, reparação da lâmina da turbina a gás.

·Fabricação de automóveisRefabricação de peças do motor.

·Dispositivos médicos: revestimento funcional da superfície do implante de liga de titânio.

6. Progresso da pesquisa

·2020Relatório Literário Anos Depois：

ouEstudiosos chineses descobriram que vibrações bidimensionaisTi6Al4VO tamanho do grão da camada de fusão50 μmBaixar para10μmA seguir (Jornal de Tecnologia de Processamento de Materiais).

ouEquipe alemã vibra com ultra-som316LAumenta a vida útil da fadiga dos revestimentos de aço inoxidável200%(OFabricação Aditiva).

·Orientação futura：

ouSimulação de acoplamento de campos múltiplos (laser)-Ultra-som-acoplamento térmico).

ouControle de parâmetros inteligentes (IAotimização de vibrações e parâmetros de laser em tempo real).

7. Referências

1. Zhang et al. (2021). "Efeito da vibração ultrasônica sobre a microestrutura e as propriedades do Inconel 718 revestido a laser".Materiais & Design.

2. Wang et al. (2022). «Revestimento a laser assistido por vibração 2D: uma nova abordagem para a redução da tensão residual».Journal of Manufacturing Processes (em inglês).