Latar Belakang Penelitian Dengan pesatnya perkembangan teknologi manufaktur aditif (AM), khususnya penerapan teknologi laser powder bed fusion (LPBF) secara luas, paduan Inconel 718 telah menjadi material penting dalam ruang angkasa, energi, dan bidang manufaktur kelas atas lainnya karena kinerjanya yang luar biasa dalam suhu tinggi, tekanan tinggi, dan lingkungan korosif. Namun, selama proses fusi lapisan bubuk laser, perilaku termal paduan, stabilitas kumpulan lelehan, dan pertumbuhan butiran secara signifikan mempengaruhi sifat material akhir. Laser Gaussian tradisional biasanya digunakan untuk pemrosesan seperti itu, namun karena distribusi energinya yang tidak merata, laser ini rentan menyebabkan ketidakstabilan kumpulan lelehan dan pertumbuhan butiran yang tidak teratur. Laser-atas datar, dengan karakteristik distribusi energinya yang seragam, dapat memberikan kontrol yang lebih baik terhadap stabilitas kumpulan lelehan dan pertumbuhan butiran terarah. Meneliti penerapan laser-atas datar dalam fusi lapisan bubuk laser diharapkan dapat mengoptimalkan kinerja paduan Inconel 718 dan memberikan landasan teoritis dan dukungan teknis untuk-produksi berkualitas tinggi.
Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan kombinasi simulasi dan eksperimen untuk menyelidiki efek laser{0}}atas datar terhadap perilaku kumpulan lelehan dan pertumbuhan butir selama fusi lapisan bubuk laser pada paduan Inconel 718. Simulasi pemindaian-jalur tunggal dilakukan untuk mempelajari pengaruh parameter seperti daya laser dan kecepatan pemindaian terhadap distribusi suhu kumpulan lelehan, morfologi kumpulan lelehan, dan gradien termal. Berdasarkan hasil simulasi, validasi eksperimental lebih lanjut dilakukan menggunakan laser-flat-berdaya tinggi untuk fusi lapisan bubuk Inconel 718, mengamati dan menganalisis morfologi kumpulan lelehan, ukuran butir, dan sifat material. Selama percobaan, teknik seperti observasi mikrostruktur, difraksi sinar X-, dan pengujian sifat mekanik digunakan untuk mengevaluasi pertumbuhan butir, kekerasan material, dan sifat tarik secara komprehensif. Signifikansi Penelitian Penelitian ini memiliki nilai teoretis dan teknis yang signifikan. Pengenalan laser bagian atas datar dapat secara efektif memperbaiki masalah seperti ketidakstabilan kumpulan lelehan dan pertumbuhan butiran tidak teratur yang terjadi dengan laser Gaussian konvensional selama pemrosesan paduan, sehingga memberikan pendekatan teknologi baru untuk pembuatan aditif Inconel 718. Hasilnya menawarkan referensi penting untuk pengoptimalan lebih lanjut proses fusi lapisan bubuk laser, khususnya dalam pemrosesan material paduan bersuhu tinggi, dengan prospek aplikasi teknik yang luas. Selain itu, penelitian ini memberikan panduan untuk desain proses manufaktur aditif pada material-berperforma tinggi lainnya, yang mendorong penerapan teknologi manufaktur aditif di bidang kedirgantaraan dan bidang lainnya. Inovasi Perbandingan antara laser-atas datar dan laser Gaussian tradisional: Dengan membandingkan penerapan laser-atas datar dengan laser Gaussian tradisional dalam fusi lapisan bubuk laser, keunggulan laser-atas datar dalam stabilitas kumpulan lelehan dan kontrol pertumbuhan butiran terungkap. Kombinasi simulasi dan eksperimen jalur tunggal: Integrasi simulasi dan verifikasi eksperimental memberikan kerangka analisis sistematis untuk memahami peran laser bagian atas datar di kumpulan lelehan. Pengoptimalan proses untuk paduan Inconel 718: Memberikan strategi pengoptimalan untuk proses pembuatan aditif Inconel 718, terutama dalam hal potensi peningkatan kinerja material, mendorong produksi paduan suhu tinggi yang berkualitas tinggi. Eksplorasi aplikasi laser bagian atas datar dalam fusi lapisan bubuk: Studi ini secara sistematis mengeksplorasi penerapan laser bagian atas datar dalam fusi lapisan bubuk laser untuk pertama kalinya, sehingga memberikan arahan baru untuk penelitian masa depan dalam teknologi terkait.
Hasil dan Pembahasan 1. Pengaruh Kekuatan Laser dan Kecepatan Pemindaian terhadap Perilaku Kolam Molten Dalam simulasi dan eksperimen, pengaruh kekuatan laser dan kecepatan pemindaian yang berbeda terhadap distribusi suhu, morfologi, dan gradien termal dari kolam cair dieksplorasi. Hasilnya menunjukkan bahwa pada daya laser yang tinggi, distribusi suhu kolam cair lebih seragam. Laser-atas datar dapat secara efektif mengurangi fluktuasi suhu di kolam cair. Dibandingkan dengan laser Gaussian konvensional, laser-atas datar memberikan distribusi medan termal yang lebih stabil. Variasi kecepatan pemindaian secara signifikan mempengaruhi morfologi dan laju pendinginan kolam cair. Pada kecepatan pemindaian sedang, permukaan kumpulan lelehan halus, dan proses pendinginan relatif seragam, sehingga membantu membentuk struktur butiran yang lebih stabil. 2. Peningkatan Stabilitas Kumpulan Molten dengan Laser-Atas Datar Hasil eksperimen menunjukkan bahwa saat menggunakan laser-atas datar, kumpulan lelehan menunjukkan perilaku yang lebih stabil selama pemindaian laser, menghindari ketidakstabilan yang disebabkan oleh gradien termal yang berlebihan. Dibandingkan dengan laser Gaussian, distribusi daya yang seragam pada laser bagian atas datar secara efektif mengurangi fluktuasi morfologi kumpulan lelehan dan mendorong fusi yang baik, sehingga mengurangi pertumbuhan tidak teratur di tepi kumpulan lelehan. Stabilitas ini penting untuk pertumbuhan butir berikutnya dan keseragaman struktur mikro, sehingga secara efektif meningkatkan sifat mekanik dan keandalan material. 3. Arah Pertumbuhan Butir Saat memproses paduan Inconel 718 dengan laser bagian atas datar, eksperimen mengamati arah pertumbuhan butir yang lebih baik. Di bawah medan termal seragam dari laser bagian atas datar, sumbu panjang butiran cenderung tumbuh sepanjang arah pemindaian laser, membentuk struktur butiran terarah. Pertumbuhan terarah ini secara signifikan meningkatkan sifat mekanik material, khususnya kekuatan tarik dan ketahanan lelah. Sebaliknya, penggunaan laser Gaussian menunjukkan keacakan yang kuat dalam pertumbuhan butir karena ketidakstabilan kumpulan lelehan, yang mengakibatkan distribusi butir tidak merata, yang selanjutnya mempengaruhi sifat mekanik komprehensif material. 4. Optimasi Sifat Material Melalui analisis struktur mikro dan pengujian mekanis, ditemukan bahwa paduan Inconel 718 yang diproses dengan laser bagian atas datar menunjukkan sifat yang sangat baik dalam kekerasan, kekuatan tarik, dan kinerja kelelahan: Uji kekerasan menunjukkan bahwa sampel yang diproses dengan bagian atas datar laser memiliki kekerasan yang lebih tinggi, menunjukkan kepadatan material dan integritas struktural yang lebih baik. Hasil uji tarik menunjukkan bahwa paduan yang diberi perlakuan laser bagian atas datar memiliki hasil dan kekuatan tarik yang lebih tinggi, dan mode rekahan menunjukkan distribusi tegangan yang lebih seragam, sehingga mencegah perambatan retak. Dalam uji kelelahan, sampel yang diberi perlakuan laser bagian atas datar memiliki masa pakai yang lebih lama, sehingga menunjukkan ketahanan terhadap lelah yang lebih baik, sehingga cocok untuk aplikasi berkinerja tinggi. Pengaruh Perilaku Termal dan Proses Pendinginan Selama pendinginan, sampel yang diproses dengan laser bagian atas datar menunjukkan gradien termal yang relatif seragam dan laju pendinginan yang stabil, menghindari tekanan termal dan tegangan sisa yang mungkin terjadi dengan laser Gaussian konvensional. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa proses pendinginan yang lebih seragam mendorong distribusi tegangan internal yang seragam pada material, mencegah deformasi dan retak yang disebabkan oleh tekanan termal yang berlebihan.
6. Kombinasi hasil simulasi dan eksperimen Konsistensi tinggi antara hasil simulasi dan eksperimen menunjukkan bahwa laser-atas datar memiliki keunggulan signifikan dalam meningkatkan stabilitas kumpulan lelehan, orientasi pertumbuhan butir, dan sifat material. Hasil simulasi memberikan landasan teoritis dan memverifikasi kontrol efektif perilaku termal kolam lelehan dan pertumbuhan butir oleh laser-atas datar. Data eksperimen semakin mengonfirmasi teori ini, dengan memvalidasi peningkatan sifat material dengan laser bagian atas datar melalui uji kekerasan, kekuatan tarik, dan kelelahan. Diskusi dan kesimpulan Dibandingkan dengan laser Gaussian, laser-atas datar memberikan keunggulan signifikan dalam stabilitas kumpulan lelehan dan orientasi pertumbuhan butir. Distribusi dayanya yang seragam secara efektif meningkatkan stabilitas kumpulan lelehan, mengurangi perubahan bentuk kumpulan lelehan yang tidak teratur, dan mendorong pertumbuhan butiran terarah pada material. Pengoptimalan sifat material: Laser bagian atas datar tidak hanya meningkatkan perilaku kumpulan lelehan tetapi juga secara signifikan meningkatkan sifat mekanik paduan Inconel 718, yang menunjukkan keunggulan penting dalam kekerasan, kekuatan tarik, dan ketahanan lelah. Studi ini menunjukkan bahwa penerapan laser bagian atas datar dalam fusi lapisan bubuk laser tidak hanya meningkatkan stabilitas kumpulan lelehan tetapi juga menyediakan jalur teknis baru untuk pembuatan material berperforma tinggi, dengan prospek penerapan yang luas, khususnya di bidang kedirgantaraan, energi, dan bidang lainnya. Penelitian ini menawarkan ide-ide baru untuk pembuatan aditif material paduan berperforma tinggi. Di masa depan, parameter proses dapat lebih dioptimalkan, dan lebih banyak sumber laser dapat dieksplorasi untuk digunakan pada material paduan bersuhu tinggi, sehingga mendorong penerapan teknologi manufaktur aditif secara luas dalam produksi industri.
