Plataforma de vibração assistida por ultra-som: Revestimento a laser: o feixe de laser fundi a superfície do substrato para formar uma piscina de fusão, enquanto transporta o pó metálico para formar um revestimento de ligação metalúrgica. $r$n Efeito de ultra-som: $r$no Efeito de cavitação: o ultra-som produz micro-bolhas em uma piscina de fusão, liberando energia ao quebrar e refinando o grão. Efeito de fluxo acústico $r$no: promove a convecção dentro da piscina de fusão, uniformiza a distribuição dos componentes e reduz os poros de ar / mistura. $r$no auxílio de vibração: a vibração bidimensional pode quebrar a direção de crescimento do ramo, refinar ainda mais o tecido e reduzir o estresse residual.
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).