01
Pendahuluan Makalah
Deposisi Energi Terarah (DED)-juga dikenal sebagai kelongsong laser-adalah teknik manufaktur aditif yang menggunakan laser berkekuatan tinggi-yang dipadukan dengan sistem pengumpanan bubuk koaksial untuk membuat komponen logam lapis demi lapis. Tidak seperti proses pengecoran dan pemesinan tradisional, sifat mekanik lapisan yang disimpan di DED dapat bervariasi secara signifikan karena fluktuasi terus-menerus pada parameter pemrosesan-seperti tinggi lapisan, kecepatan pemindaian, dan daya laser-selama proses produksi. Meskipun terdapat banyak kemajuan yang dicapai dalam teknologi DED, penelitian terhadap penilaian sifat mekanis *in-situ*-seperti modulus Young dan rasio Poisson-selama pemrosesan masih langka; hal ini membuat pemantauan *{10}}di tempat* dan jaminan kualitas menjadi sangat penting.
02
**Ikhtisar Studi**
Studi ini mengembangkan teknik non-kontak, in-situ untuk menilai sifat mekanik material yang diproses melalui metode Directed Energy Deposition (DED). Teknik inovatif ini mengintegrasikan ultrasonik laser femtosecond dengan pemolesan laser untuk memungkinkan evaluasi modulus Young dan rasio Poisson yang sepenuhnya non-kontak dan non-destruktif. Dengan memanfaatkan gelombang ultrasonik yang dihasilkan laser femtosecond-dalam rentang frekuensi GHz hingga THz, sistem mencapai resolusi spasial sub-mikron, sehingga memfasilitasi evaluasi-lapisan-berkualitas tinggi-lapisan. Untuk mengatasi tantangan dalam mendeteksi sinyal ultrasonik di tengah kekasaran permukaan yang melekat pada lapisan yang diendapkan, tim peneliti menggunakan-pemolesan laser di tempat-bukan pemolesan mekanis tradisional-yang secara signifikan meningkatkan kemampuan pendeteksian gelombang ultrasonik. Pengujian yang dilakukan pada berbagai kondisi pemrosesan DED menunjukkan bahwa sifat mekanik yang dievaluasi dengan teknik ini menunjukkan tingkat konsistensi yang tinggi dengan hasil yang diperoleh dari uji tarik independen yang dilakukan setelah proses fabrikasi selesai.
03
**Analisis Bergambar**
Gambar 1 menyajikan ikhtisar skema keseluruhan alur kerja untuk teknik penilaian properti mekanis in-situ dalam proses DED. Ini dengan jelas menggambarkan prosedur inti-mulai dari substrat-yang secara berurutan menyelesaikan estimasi modulus Young dan rasio Poisson lapisan yang diendapkan melalui empat langkah berbeda: Langkah 1 menggunakan laser DED untuk menjalankan proses DED, menggabungkan dan menyimpan bubuk logam untuk membentuk lapisan DED dengan permukaan kasar dan ketebalan sekitar 100 μm; Langkah 2-menggunakan laser pemoles (yang mungkin merupakan perangkat yang sama dengan laser DED) untuk melakukan pemolesan laser; melalui peleburan kembali, proses ini menciptakan lapisan peleburan kembali yang halus pada permukaan material yang diendapkan, mengurangi kekasaran rata-rata aritmatika menjadi sekitar 0,3 μm; Langkah 3 menggunakan laser femtosecond untuk merangsang dan mengukur gelombang ultrasonik dalam rentang frekuensi GHz – THz dalam wilayah yang dipadatkan setelah pemolesan; Langkah 4 memperkirakan modulus Young dan rasio Poisson berdasarkan sinyal ultrasonik yang diukur, bersama dengan hubungan tegangan{12}}regangan. Diagram ini juga dilengkapi anotasi terkait yang menyoroti peralatan laser utama dan perubahan morfologi permukaan yang terkait dengan setiap langkah, sehingga memberikan demonstrasi visual tentang karakteristik teknik yang sepenuhnya non-kontak dan non-destruktif di seluruh alur kerja "pengendapan–pemolesan–deteksi–estimasi".
Gambar 2 menyajikan analisis komparatif komprehensif yang menyelidiki dampak pemolesan laser terhadap kekasaran permukaan lapisan logam DED. Terdiri dari tiga subgambar-(a), (b), dan (c)-analisis dilakukan pada tiga dimensi: parameter kuantitatif, morfologi makroskopis, dan topografi mikroskopis, dengan fokus utama pada rangkaian parameter pemolesan optimal yang diidentifikasi untuk spesimen I-11. Subgambar (a) menampilkan tabel kuantitatif nilai kekasaran permukaan yang sesuai dengan 16 kombinasi parameter pemolesan yang berbeda, yang mencakup kekuatan pemolesan 200–350 W dan kecepatan pemolesan 13–21 mm/s. Tabel ini menjelaskan nilai Ra sebenarnya yang diukur setelah memoles 16 trek-lapisan tunggal pada spesimen I, dengan jelas mengidentifikasi kombinasi 300 W + 18 mm/s sebagai kumpulan parameter optimal (I-11, Ra=0.31 μm); lebih jauh lagi, hal ini menyoroti masalah yang terkait dengan rentang parameter lain-khususnya, nilai kekasaran yang lebih tinggi yang dihasilkan dari kombinasi-daya{20}}kecepatan tinggi{21}}yang rendah, dan kecenderungan kombinasi-kekuatan-kecepatan rendah yang tinggi untuk menyebabkan permukaan bergelombang akibat penguapan bubuk. Subgambar (b) menyajikan perbandingan makroskopis jarak dekat dari spesimen I-11 sebelum dan sesudah pemolesan dengan parameter optimal, yang secara visual menunjukkan peningkatan signifikan dalam kerataan dan keseragaman permukaan setelah proses pemolesan. Subgambar (c) memberikan gambaran perbandingan gambar mikroskop optik (pada skala konsisten 40 μm) yang menunjukkan spesimen I-11 setelah pemolesan optimal (kiri) versus keadaan tidak dipoles (kanan); permukaan yang tidak dipoles dicirikan oleh banyaknya partikel bubuk yang tidak menyatu, ketidakrataan yang signifikan, dan tampilan yang lebih gelap akibat hamburan cahaya, sedangkan permukaan yang dipoles hampir bebas dari bubuk yang tidak menyatu, tampak rata dan halus, dan menunjukkan pantulan cahaya yang seragam. Pada akhirnya, rangkaian parameter optimal ini mengurangi kekasaran permukaan dari nilai awal 4,2 μm menjadi 0,31 μm-tingkat peningkatan sebesar 93%. Melalui perbandingan tripartit yang mencakup data kuantitatif, morfologi makroskopis, dan topografi mikroskopis, gambar ini secara efektif memvalidasi kemanjuran pemolesan laser dalam mengurangi kekasaran permukaan lapisan logam DED sekaligus menetapkan parameter proses optimal untuk pemolesan laser.
