হুয়াজং ইউনিভার্সিটি অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি|ফোকাসের জন্য একটি অভিনব বিম শেপিং পদ্ধতি

01 পেপার ওভারভিউ

লেজার প্রক্রিয়াকরণের ক্ষেত্রে, বিশেষ করে গভীর অনুপ্রবেশ ঢালাইয়ের ক্ষেত্রে, ঐতিহ্যগত একক গাউসিয়ান বিম, যদিও শক্তির ঘনত্ব বেশি, প্রায়শই অত্যধিক ঘনীভূত শক্তি বিতরণের ফলে, যা সহজেই কীহোলের অস্থিরতা, ছিটকে যাওয়া এবং ছিদ্রের মতো ত্রুটির কারণ হতে পারে। এই সমস্যাগুলি সমাধানের জন্য, একাডেমিক সম্প্রদায় শক্তি বিচ্ছুরণের জন্য বেসেল বিম বা অ্যানুলার বিম ব্যবহার করার প্রস্তাব করেছে, যার মধ্যে সামঞ্জস্যযোগ্য রিং মোড (এআরএম) লেজারগুলি গলিত পুলকে কার্যকরভাবে স্থিতিশীল করতে এবং ত্রুটিগুলি দমন করতে প্রমাণিত হয়েছে। যাইহোক, বিদ্যমান যৌগিক মরীচি সমাধানগুলি সাধারণত উচ্চ খরচ, নির্দিষ্ট ফোকাল দৈর্ঘ্য এবং স্থানিক শক্তি বিতরণের সীমিত সামঞ্জস্যযোগ্যতার মতো সমস্যার সম্মুখীন হয়। উদাহরণস্বরূপ, প্রচলিত রিং লেজারগুলির জন্য প্রায়শই গাউসিয়ান এবং রিং বিমগুলি একই ফোকাল প্লেনে থাকা প্রয়োজন, যা পুরু প্লেট ঢালাইয়ের বিভিন্ন ফোকাল অবস্থানের জন্য নির্দিষ্ট চাহিদা পূরণ করতে পারে না। এই সীমাবদ্ধতাগুলি অতিক্রম করার জন্য, এই গবেষণাটি একটি অভিনব রশ্মি আকৃতির পদ্ধতির প্রস্তাব করে-অ্যাডজাস্টেবল ফোকাস গাউসিয়ান-রিং মোড (AFGRM) লেজার৷ এই পদ্ধতিটি একটি সাধারণ গাউসিয়ান লেজার উৎসকে বিভিন্ন ফোকাল দৈর্ঘ্য, সামঞ্জস্যযোগ্য শক্তি অনুপাত এবং রিং রেডিআই সহ একটি যৌগিক মরীচিতে রূপান্তর করতে একটি কম-মূল্যের 'একক ফ্রিফর্ম মিরর' ব্যবহার করে, যার লক্ষ্য গভীর অনুপ্রবেশ এবং কম ত্রুটি উভয়ের সাথে উচ্চ-গুণমান ঢালাই অর্জন করা।

02 সম্পূর্ণ টেক্সট ওভারভিউ

এই অধ্যয়নটি একটি উদ্ভাবনী রশ্মি আকৃতির পদ্ধতির প্রস্তাব করে, যেমন একটি কাস্টমাইজড একক ফ্রিফর্ম সারফেস মিরর ডিজাইন করে, স্বাধীনভাবে সামঞ্জস্যযোগ্য ফোকাল দৈর্ঘ্য, শক্তি অনুপাত এবং রিং ব্যাসার্ধ সহ একটি মানক গাউসিয়ান লেজার উৎসকে একটি সামঞ্জস্যযোগ্য-ফোকাস গাউসিয়ান-রিং মোড (AFGRM) লেজারে রূপান্তরিত করে৷ এই কৌশলটি চতুরতার সাথে স্থানিক বিচ্ছেদ এবং মরীচির পুনর্মিলন অর্জন করে, কেন্দ্রীয় গাউসিয়ান রশ্মি অনুপ্রবেশ বাড়াতে একটি নেতিবাচক ডিফোকাস অবস্থা গ্রহণ করতে দেয়, যখন বাইরের রিং বিমটি গলিত পুলকে প্রসারিত এবং স্থিতিশীল করার জন্য ওয়ার্কপিস পৃষ্ঠের উপর ফোকাস করে। এটি কার্যকরভাবে প্রথাগত উচ্চ-শক্তির গভীর অনুপ্রবেশ ঢালাইয়ের সমস্যাগুলির সমাধান করে, যেখানে ঘনীভূত শক্তি গলিত পুলের অস্থিরতা এবং ছিদ্রতা ত্রুটির কারণ হতে পারে। 16 মিমি পুরু SUS304 স্টেইনলেস স্টীল প্লেটের উপর পরিচালিত ঢালাই পরীক্ষাগুলি দেখায় যে, একই শক্তির প্রচলিত গাউসিয়ান লেজারের তুলনায়, একটি সর্বোত্তম শক্তি অনুপাত (8:2) সহ AFGRM লেজার শুধুমাত্র ওয়েল্ডের অনুপ্রবেশকে 37.0% বৃদ্ধি করেনি, বরং এই প্রযুক্তিটি 17,42.5% থেকে 17%, 4.5% পর্যন্ত কমিয়েছে। কম-মূল্য এবং অত্যন্ত নির্ভরযোগ্য সমাধান, পুরু প্লেটের গভীর অনুপ্রবেশ ঢালাইয়ের গুণমান উন্নত করার জন্য প্রচুর সম্ভাবনা রয়েছে।

চিত্র 1 চিত্র বিশ্লেষণে 8:4 শক্তি অনুপাত সহ একটি একক ফ্রিফর্ম মিরর দ্বারা আকার দেওয়ার পরে মরীচি প্রচারের সিমুলেটেড ফলাফল দেখায়। এটি দেখায় যে একটি একক ফ্রিফর্ম আয়না লেজারকে একটি কেন্দ্রীয় মরীচি এবং একটি রিং-আকৃতির মরীচিতে আকৃতি দিতে পারে এবং বিস্তারের সময় বিভাজন থেকে পুনর্মিলন পর্যন্ত বিবর্তন অর্জন করতে পারে, একটি পরিষ্কার শক্তি বিতরণ এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্য অনুপাতের সাথে ফোকাল অঞ্চলে একটি যৌগিক স্থান তৈরি করে। এই ফলাফলটি ছোট দাগের আকার এবং কেন্দ্রীয়-থেকে-পেরিফেরাল শক্তির সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ উভয়ই অর্জনে এই রশ্মি আকৃতির পদ্ধতির কার্যকারিতা যাচাই করে।

চিত্র 1 AFGRM সিস্টেমে আকার দেওয়ার পরে বীম প্রচারের পরিকল্পিত সিমুলেশন: (ক) সামগ্রিক লেজার প্রচার প্যাটার্ন (খ) 297 মিমি এ বিম প্যাটার্ন: (বি1)-(বি2) লেজারের শক্তি ঘনত্ব বিতরণ এবং 297 মিমিতে 3D প্রদর্শন। (c) 300 মিমি এ বীম প্যাটার্ন: (c1)-(c2) লেজার পাওয়ার ডেনসিটি ডিস্ট্রিবিউশন এবং 300 মিমি এ 3D ডিসপ্লে।

চিত্র 2 AFGRM যৌগিক মরীচি এবং একটি প্রচলিত গাউসিয়ান রশ্মি দিয়ে তৈরি ঢালাইয়ের ক্রস-বিভাগীয় রূপবিদ্যার তুলনা করে। ফলাফলগুলি দেখায় যে ঐতিহ্যগত গাউসিয়ান রশ্মি একটি সাধারণ V-আকৃতির ঢালাই গঠন করে, যার মোট শক্তি বৃদ্ধির সাথে সাথে অনুপ্রবেশের গভীরতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। বিপরীতে, AFGRM রশ্মি একটি স্থিতিশীল "T-আকৃতির" ঢালাই তৈরি করে, যার অনুপ্রবেশ গভীরতা প্রাথমিকভাবে বৃদ্ধি পায় এবং তারপর স্থির হয়ে কণাকার রশ্মির শক্তি বৃদ্ধি পায়, 8:2 শক্তি অনুপাতে সর্বাধিক অনুপ্রবেশ অর্জন করে। এই ফলাফলগুলি ইঙ্গিত করে যে AFGRM রশ্মি কেন্দ্রীয়-কর্ণাকার শক্তি মড্যুলেশনের মাধ্যমে ঢালাই আকারবিদ্যা এবং অনুপ্রবেশ গভীরতাকে সমন্বয় সাধনের মাধ্যমে আরও ভাল গভীর-অনুপ্রবেশ ঢালাই অর্জন করতে পারে।

চিত্র 2 প্রচলিত গাউসিয়ান লেজার এবং AFGRM লেজার ঢালাইয়ের মধ্যে ওয়েল্ড সীম আকারবিদ্যার তুলনা

চিত্র 3 দেখায় যে অনুদৈর্ঘ্য ক্রস-বিভাগীয় রূপবিদ্যা ওয়েল্ডের ভিতরে ছিদ্রগুলির বন্টন বৈশিষ্ট্যগুলি স্বজ্ঞাতভাবে প্রতিফলিত করতে পারে। প্রচলিত গাউসিয়ান লেজারের সাথে তুলনা করে, AFGRM লেজারগুলি একই গাউসিয়ান মোড শক্তি এবং মোট শক্তি অবস্থার অধীনে জোড়ের ছিদ্রের সংখ্যা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। এদিকে, লেজারের শক্তি বৃদ্ধির সাথে, প্রচলিত গাউসিয়ান লেজার ওয়েল্ডিংয়ে ছিদ্রের অনুপাত নিম্নগামী প্রবণতা দেখায়, যা প্রধানত গলিত পুলে তরল ধাতুর বর্ধিত প্রবাহকে দায়ী করা হয়। অ্যানুলার লেজারগুলির প্রবর্তন ছিদ্র গঠনকে আরও দমন করে, ইঙ্গিত করে যে গলিত পুলের গতিশীলতা এবং গ্যাস পালানোর শর্তগুলির উন্নতিতে তাদের একটি স্পষ্ট সুবিধা রয়েছে।

04 উপসংহার

এই অধ্যয়নটি সফলভাবে একটি একক ফ্রিফর্ম আয়নার উপর ভিত্তি করে একটি অভিনব রশ্মি-আকৃতির পদ্ধতি তৈরি করেছে, যা পুরু প্লেট লেজার ঢালাইয়ের জন্য একটি দক্ষ এবং কম{1}}মূল্যের সমাধান প্রদান করে৷ প্রধান উপসংহারগুলি নিম্নরূপ: 1. উদ্ভাবনী নকশা: AFGRM লেজার ধারণাটি প্রস্তাবিত এবং বৈধ করা হয়েছিল, গাউসিয়ান এবং রিং-আকৃতির মোডগুলির স্থানিক বিচ্ছেদ অর্জন এবং একটি একক প্রতিফলকের মাধ্যমে ফোকাল দৈর্ঘ্যের স্বাধীন সমন্বয় সাধন করা হয়েছে (বিশেষত 8:2 পাওয়ার অনুপাতের সাথে) অনুপ্রবেশের গভীরতা 37.0% দ্বারা উন্নত এবং প্রচলিত লেজারের তুলনায় 98.6% কম পোরোসিটি, উল্লেখযোগ্যভাবে ঢালাই গুণমানকে উন্নত করে. 3. প্রয়োগের সম্ভাবনা: এই প্রযুক্তিটি কেবল একই সাথে উচ্চ মানের গভীরতা অর্জন এবং গভীরতা অর্জনের চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করে না{1} কিন্তু তুলনামূলকভাবে কম খরচে এবং প্রতিফলকের উচ্চ শক্তি সহনশীলতার (30kW) কারণে শিল্প উত্পাদনে ব্যয়বহুল এআরএম লেজারগুলি প্রতিস্থাপন করার দুর্দান্ত সম্ভাবনা রয়েছে।