Plate - forme de vibration assistée par ultrasons

1. Aperçu technique

DéfinitionPour:
Le revêtement de fusion laser vibrant 2D ultrasonique est une technologie de fabrication Additive composite qui combine le revêtement de fusion laser (Revêtement laser), avec vibrations ultrasonores (Vibration à ultrasons), les avantages. En introduisant des vibrations bidimensionnelles (telles queXYOrientation), peut améliorer encore l'Organisation microscopique, la répartition des contraintes résiduelles et la qualité de surface du revêtement fondu.

Composition du noyauPour:

·Système de revêtement laser: Laser haute puissance (par exemple, laser à fibre), système d'alimentation en poudre (poudre ou filament), plate - forme de contrôle de mouvement.

·Dispositif de vibration ultrasonique: générateur d'ultrasons, transducteur, barre d'amplitude, table vibrante bidimensionnelle (ou tête vibrante).

·Système de contrôle: contrôle synchrone des paramètres laser, fréquence de vibration/Amplitude et trajectoire du mouvement.

2. Principes techniques

·Revêtement laser: le faisceau laser fond la surface du substrat pour former un bain de fusion, tandis que la poudre métallique est transportée pour former un revêtement lié métallurgiquement.

·Action ultrasoniquePour:

oEffet de cavitation: les ultrasons créent des microvacuoles dans le bain de fusion qui libèrent de l'énergie lors de la rupture et affinent les grains.

oEffet de flux acoustique: favorise la convection à l'intérieur du bain, homogénéise la distribution des composants, réduit les stomates/Inclusion.

oAssistance aux vibrations: la vibration bidimensionnelle peut briser la direction de croissance des dendrites, affiner davantage les tissus et réduire le stress résiduel.

3. Caractéristiques techniques

AvantagesPour:

·Améliorer la micro - Organisation: réduction significative de la taille des grains (jusqu'à l'échelle nanométrique), amélioration de la dureté et de la résistance à l'usure.

·Réduction des défauts: réduit le taux de porosité (peut être réduit30% ~ 50%), sensibilité aux fissures.

·Régulation du stress résiduel: la déformation plastique introduite par les vibrations neutralise les contraintes thermiques et améliore la durée de vie en fatigue.

·Uniformité du revêtement: la vibration bidimensionnelle rend l'épaisseur du revêtement fondu plus cohérente, la rugosité de surface (Ra) peut être réduit20% ~ 40%- Oui.

Le défiPour:

·Les paramètres de processus sont complexes (puissance laser, vitesse de balayage, fréquence de vibration à optimiser)/Amplitude, etc.).

·La conception intégrée du dispositif à ultrasons avec la tête laser est difficile.

·Le coût est plus élevé que le revêtement laser traditionnel.

4. Paramètres clés du processus

·Paramètres laser: puissance (500 à 3000W), diamètre du spot (0,5 ~ 3 mm), vitesse de numérisation (5 ~ 20mm / s).

·Paramètres de vibrationPour:

oFréquence:20 à 40kHz(gamme ultrasonique) ou vibrations basse fréquence (< 1 kHz).

oAmplitude:5 à 50 μm(les vibrations bidimensionnelles doivent correspondre à la directivité).

·Choix des matériaux: alliages à base de nickel (tels queInconel 625), alliages à base de cobalt, acier inoxydable, alliages de titane, etc.

5. Domaines d'application

·Aérospatiale: revêtement d'usure des aubes de turbine, réparation d'alliage à haute température.

·Équipement énergétique: renforcement de la surface d'étanchéité de la vanne nucléaire, réparation des aubes de turbine à gaz.

·Fabrication automobile: reconditionnement des composants du moteur.

·Dispositif médical: revêtement de fonctionnalisation de surface d'implant en alliage de titane.

6. Progrès de la recherche

·2020Rapport de littérature post - annéePour:

oDes chercheurs chinois découvrent que les vibrations bidimensionnelles permettentTi6Al4VTaille des grains de revêtement fondu à partir de50 μmRéduit à10 μmCi - dessous («Journal de la technologie de traitement des matériaux").

oL'équipe allemande par Vibration ultrasonore va316LAugmentation de la durée de vie en fatigue des revêtements en acier inoxydable200%(«Fabrication additive").

·Orientations futuresPour:

oSimulation multiphysique de couplage de champs (Laser-Ultrasons-Couplage thermodynamique).

oRégulation intelligente des paramètres (AIOptimisation des paramètres de vibration et laser en temps réel).

7. Références

1. Zhang et al. (2021). "Effet des vibrations à ultrasons sur la microstructure et les propriétés de l'Inconel 718 revêtu de laser".Matériaux & Design.

2. Wang et al. (2022). «Revêtement laser assisté par vibration 2D: une nouvelle approche pour la réduction des contraintes résiduelles».Journal des processus de fabrication.