เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติกำลังเปลี่ยนแปลงการผลิตในหลายพื้นที่ เทคนิคหนึ่งดังกล่าว เลเซอร์พาวเดอร์เบดฟิวชัน (LPBF) มีความน่าสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากสามารถใช้ทำชิ้นส่วนโลหะที่ซับซ้อนซึ่งยากหรือเป็นไปไม่ได้ในการผลิตตามอัตภาพ อย่างไรก็ตาม มันได้รับผลกระทบจากข้อเสียเปรียบที่สำคัญในรูปแบบของช่องว่างเล็ก ๆ ที่ทำให้โลหะอ่อนตัวลงและเสื่อมสภาพ
นักวิจัยในสหรัฐฯ และจีนได้ระบุแล้วว่า
ช่องว่างเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร และติดกับดักได้อย่างไรเมื่อโลหะแข็งตัว – ผลการวิจัยที่สามารถช่วยผู้ผลิตค้นหาวิธีการควบคุม และด้วยเหตุนี้จึงปรับปรุงกระบวนการพิมพ์โลหะ 3 มิติ ใน LPBF เลเซอร์กำลังสูงซึ่งนำทางโดยการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยแบบดิจิทัลและแบบจำลองการร่าง จะถูกสแกนผ่านผงโลหะบางๆ ความร้อนจากเลเซอร์ละลายผงโลหะในบริเวณที่มีการแปลและหลอมรวมกับชั้นของโลหะที่อยู่ด้านล่างโดยตรง แม้ว่ากระบวนการนี้จะใช้งานได้หลากหลายและรวดเร็วพอสมควร แต่วัตถุที่สร้างขึ้นมักจะเต็มไปด้วยรูพรุนขนาดเล็กที่ประกอบด้วยไอระเหย ซึ่งจะจำกัดความเหนียวและความทนทานต่อความล้าของวัสดุอย่างมาก
โครงสร้าง “รูกุญแจ”เมื่อเลเซอร์กำลังสูงต้มโลหะหลอมเหลว มักจะสร้างช่องว่างที่ลึกและแคบ ช่องว่างเหล่านี้เรียกว่ารูกุญแจ และเป็นที่สงสัยมานานแล้วว่ามีความเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องในส่วนที่พิมพ์ 3 มิติที่เสร็จแล้ว อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์ที่แน่ชัดระหว่างรูกุญแจและความพรุนยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้
นักวิจัยนำโดยAnthony RollettจากCarnegie Mellon University , Tao SunจากUniversity of VirginiaและCang ZhaoจากTsinghua Universityได้ใช้รังสีเอกซ์พลังงานสูงที่ได้จากแหล่งกำเนิดโฟตอนขั้นสูงของ Argonne National Laboratoryเพื่อสร้างภาพว่ารูกุญแจและรูพรุนก่อตัวอย่างไรใน ไททาเนียมอัลลอยด์ (Ti-6l-4V) ระหว่าง LPBF จากการสังเกตพบว่ารูกุญแจสามารถเปลี่ยนรูปร่างได้ในระหว่างกระบวนการ
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่วนปลายของโครงสร้าง
สามารถแปลงร่างเป็นรูปตัว “J” และหนีบตัวเองออก โดยทิ้งฟองอากาศขนาดใหญ่ไว้ด้านหลัง หากฟองอากาศนี้ไม่เชื่อมต่อกับรูกุญแจหลักอีกครั้ง Rollett อธิบายว่าฟองนั้นสามารถยุบแทนได้ ทำให้เกิดคลื่นเสียงกระแทกดังที่มันเกิดขึ้น คลื่นกระแทกนี้ผลักรูพรุนที่เหลือออกจากรูกุญแจ ดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าจะอยู่รอดได้นานพอที่จะติดอยู่ในโลหะที่แข็งตัวอีกครั้ง
แม้ว่ารูกุญแจจะมีบทบาทในการสร้างช่องว่าง แต่ Rollett และเพื่อนร่วมงานก็เน้นย้ำว่ารูกุญแจนั้นไม่ใช่ข้อบกพร่อง อันที่จริง เลเซอร์เหล่านี้มีบทบาทเชิงบวกใน LPBF เนื่องจากเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของเลเซอร์ เมื่อเข้าไปในรูกุญแจ ลำแสงจะผ่านการสะท้อนหลายครั้งที่ช่วยเพิ่มการดูดกลืนแสงเลเซอร์ ภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้นที่รูกุญแจจะเปลี่ยนรูปร่างและไม่เสถียร ทำให้เกิดรูพรุนที่ไม่ต้องการในกระบวนการ
ให้พ้นจาก “เขตอันตราย”
เพื่อหาว่าเงื่อนไขเหล่านี้คืออะไร นักวิจัยได้ศึกษาว่าความเร็วในการสแกนเลเซอร์เหนือกำลังโลหะนั้นสัมพันธ์กับความไม่เสถียรของรูกุญแจอย่างไร พวกเขาพบว่ารูกุญแจจะไม่เสถียรมากขึ้นหากเลเซอร์สแกนผ่านผงโลหะช้าเกินไป ความเร็วในการสแกนที่ช้าดังกล่าวจะเพิ่มกำลังของเลเซอร์ในพื้นที่ที่มีการแปล ทำให้โลหะบริเวณนั้นร้อนเกินไป
ความเจ็บปวดที่เพิ่มขึ้นสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ
ทีมงานพบว่ามีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างรูกุญแจที่เสถียรและไม่เสถียร “คุณสามารถคิดว่าขอบเขตนั้นเป็นขีดจำกัดความเร็ว ยกเว้นว่ามันตรงกันข้ามกับการขับรถ” Rollett กล่าว “ในกรณีนี้ มันจะอันตรายมากขึ้นเมื่อคุณขับช้าลง หากคุณใช้ความเร็วต่ำกว่าที่กำหนด แสดงว่าคุณเกือบจะสร้างข้อบกพร่องได้อย่างแน่นอน” อย่างไรก็ตาม เขากล่าวต่อ “ตราบใดที่คุณอยู่ห่างจาก ‘เขตอันตราย’ (นั่นคือ ร้อนเกินไป ช้าเกินไป) ความเสี่ยงที่จะทิ้งข้อบกพร่องไว้ข้างหลังก็ค่อนข้างน้อย”
นักวิจัยซึ่งรายงานงานของพวกเขาในScienceกล่าวว่าตอนนี้พวกเขาวางแผนที่จะตรวจสอบไดนามิกของรูกุญแจที่เร็วมากรวมถึงโหมดความไม่เสถียรอื่น ๆ ในกระบวนการหลอมด้วยเลเซอร์ “เรายังวางแผนที่จะศึกษาการพัฒนาโครงสร้างจุลภาคจากการแข็งตัวอย่างรวดเร็วและการระบายความร้อนโดยธรรมชาติในการผลิตสารเติมแต่ง LPBF” Rollett กล่าว
ต้องการอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์
Alan Kogutหัวหน้าทีมกล่าวว่ากระจกของกล้องโทรทรรศน์ที่ลอยด้วยบอลลูนอาจมีขนาดใหญ่มาก โดยวัดได้ไกลถึง 3 ถึง 5 เมตร ซึ่งเป็น “ขนาดของห้องนั่งเล่น” สิ่งนี้นำเสนอความท้าทายเพราะกระจก เหมือนกับกล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ ที่ต้องถูกทำให้เย็นลงจนใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ในระหว่างภารกิจ หากไม่เป็นเช่นนั้น ความร้อนของพวกมันสามารถเช็ดแสงอินฟราเรดออกจากห้วงอวกาศ “เหมือนกับการเปิดกล้องมากเกินไป” Kogut กล่าว
“ฮีเลียมเหลวสามารถทำให้กล้องดูเย็นลงได้ง่าย แต่การทำให้กล้องเย็นลงหมายถึงการนำกล้องดูดาวทั้งหมดใส่ในกระติกน้ำร้อนขนาดยักษ์ที่เรียกว่า dewar” เขากล่าว “กระติกน้ำร้อนขนาดห้องนั่งเล่นจะหนักหลายตัน มากกว่าลูกโป่งที่ใหญ่ที่สุดที่บรรทุกได้”
ดีวาร์มาตรฐานต้องหนักขนาดนี้เพราะผนังของพวกมันต้องรักษาสุญญากาศจากความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเล Kogut อธิบาย อย่างไรก็ตาม เขาและเพื่อนร่วมงานให้เหตุผลว่า Dewar ที่เกิดจากบอลลูนอาจเบากว่ามาก เนื่องจากความดันที่ระดับความสูงใช้งานของบอลลูนที่ 40 กม. นั้นมีเพียง 0.3% ของแรงดันที่ระดับน้ำทะเล
Credit : affairedsk.com africaieri.org aianattackthesystem.com airase.org alliancepetroleum.net
