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高功率激光器可以有選擇持切割和連接金屬制品，在今天的制造業(yè)中變得越來越重要。來自于新加坡制造技術(shù)研究所A*STAR的Yingchun Guan和她的同事們已經(jīng)開發(fā)出了一項(xiàng)新技術(shù)，揭示到底熔融元素如何汽化并如何在激光產(chǎn)生的羽流表面運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)可以改善添加劑制造技術(shù)，常用于打印三維物體。
研究人員正在研究鎂鋁3D打印植入材料的可行性，因?yàn)樗鼈冑|(zhì)輕，堅(jiān)韌且具有生物相容性。最近，來自A*STAR的研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)這些合金的激光表面重熔能改善它們的耐蝕性能，它是鋁的濃度在表面顯著提高的結(jié)果。然而，將初始合金的成分與激光加工后最終產(chǎn)品的成分聯(lián)系起來，因?yàn)樵诩す猱a(chǎn)生的蒸汽粒子云狀羽流中會(huì)發(fā)生許多反應(yīng)。
Guan和她的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)裝置(a new experimental setup)，這種裝置可以量化哪些熔融合金元素被噴射到激光羽流(laser plume)中。她們定位一個(gè)薄的硅基板，使之垂直于鎂鋁合金，離激光射擊點(diǎn)(laser firing point)只有幾毫米距離。激光脈沖產(chǎn)生的羽流沉積到硅基表面上。
當(dāng)研究人員采用SEM檢測(cè)沉積物時(shí)，他們看到一些相爆炸的清晰證據(jù)，液體和氣化粒子混合物被激光沖擊拋出。這些液體沉積物呈現(xiàn)硅晶片的許多部分不適合于定量分析。
但通過結(jié)合SEM的元素識(shí)別能力和飛行時(shí)間質(zhì)譜，研究團(tuán)隊(duì)制作了一個(gè)“質(zhì)量分辨圖”，將羽流中的汽態(tài)第二相粒子的分布進(jìn)行了重建。
質(zhì)量分辨圖像表明，鎂離子最終以較高的濃度彌散分布在羽流中。相比之下，在接近激光射擊點(diǎn)近場(chǎng)區(qū)域的中間鋁離子數(shù)量提高。分析表明鋁在羽流中比鎂飛行得遠(yuǎn)，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诮鼒?chǎng)區(qū)域中有很高的遷移率(higher transport rates)。
Guan還指出，根據(jù)這項(xiàng)技術(shù)的位點(diǎn)專一性分析能力(the site-specific analytical capabilities)，應(yīng)該給研究人員更精細(xì)的控制，合金元素的選擇性表面汽化，以便為了促進(jìn)這項(xiàng)高新技術(shù)的應(yīng)用。在羽流中遷移率的化學(xué)分析和汽化物質(zhì)的分布給我們提供了關(guān)于關(guān)鍵激光工藝的更好理解，包括那些用于添加劑制造的工藝。”她說。
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