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Introducción al artículo
La deposición de energía dirigida (DED)-también conocida como revestimiento láser-es una técnica de fabricación aditiva que utiliza un láser de alta-potencia combinado con un sistema de alimentación de polvo coaxial para fabricar componentes metálicos capa por capa. A diferencia de los procesos tradicionales de fundición y mecanizado, las propiedades mecánicas de las capas depositadas en DED pueden variar significativamente debido a la fluctuación continua de los parámetros de procesamiento-como la altura de la capa, la velocidad de escaneo y la potencia del láser-durante el proceso de fabricación. A pesar de los numerosos avances logrados en la tecnología DED, la investigación sobre la evaluación *in-situ* de propiedades mecánicas-como el módulo de Young y el índice de Poisson-durante el procesamiento sigue siendo escasa; esto hace que el control de calidad y el seguimiento *in{10}}situ* sean especialmente críticos.
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**Resumen del estudio**
Este estudio desarrolla una técnica in-sin contacto y sin contacto para evaluar las propiedades mecánicas de los materiales procesados mediante el método de deposición de energía dirigida (DED). Esta técnica innovadora integra ultrasonidos láser de femtosegundo con pulido láser para permitir una evaluación completamente sin-contacto y no-destructiva del módulo de Young y la relación de Poisson. Al utilizar ondas ultrasónicas generadas por láser-de femtosegundo en el rango de frecuencia de GHz a THz, el sistema logra una resolución espacial sub-micrónica, lo que facilita una evaluación de alta-calidad, capa-por-capa. Para abordar el desafío de detectar señales ultrasónicas en medio de la rugosidad de la superficie inherente a las capas depositadas, el equipo de investigación empleó-pulido láser in situ-en lugar del pulido mecánico tradicional-, lo que mejoró significativamente la detectabilidad de las ondas ultrasónicas. Las pruebas realizadas en diversas condiciones de procesamiento DED demostraron que las propiedades mecánicas evaluadas mediante esta técnica exhiben un alto grado de coherencia con los resultados obtenidos de pruebas de tracción independientes realizadas después de completar el proceso de fabricación.
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**Análisis ilustrado**
La Figura 1 presenta una descripción esquemática del flujo de trabajo general para la técnica de evaluación de propiedades mecánicas in situ dentro del proceso DED. Ilustra claramente el procedimiento central-comenzando desde el sustrato- que completa secuencialmente la estimación del módulo de Young de la capa depositada y la relación de Poisson a través de cuatro pasos distintos: el paso 1 utiliza el láser DED para ejecutar el proceso DED, fusionando y depositando polvo metálico para formar una capa DED con una superficie rugosa y un espesor de aproximadamente 100 μm; El paso 2 re-utiliza un láser de pulido (que puede ser el mismo dispositivo que el láser DED) para realizar el pulido con láser; a través de la refundición, este proceso crea una capa refundida suave sobre la superficie del material depositado, reduciendo la rugosidad media aritmética a aproximadamente 0,3 μm; El paso 3 emplea un láser de femtosegundo para excitar y medir ondas ultrasónicas dentro del rango de frecuencia GHz-THz dentro de la región solidificada después del pulido; El paso 4 estima el módulo de Young y la relación de Poisson en función de las señales ultrasónicas medidas, junto con las relaciones de tensión-deformación. El diagrama también presenta las anotaciones correspondientes que resaltan el equipo láser clave y los cambios morfológicos de la superficie asociados con cada paso, proporcionando así una demostración visual de las características totalmente sin contacto y no-destructivas de la técnica en todo su flujo de trabajo de "deposición-pulido-detección-estimación".
La Figura 2 presenta un análisis comparativo completo que investiga el impacto del pulido láser en la rugosidad de la superficie de las capas metálicas DED. El análisis, que consta de tres subfiguras-(a), (b) y (c)-, se realiza en tres dimensiones: parámetros cuantitativos, morfología macroscópica y topografía microscópica, con un enfoque central en el conjunto óptimo de parámetros de pulido identificados para la muestra I-11. La subfigura (a) muestra una tabla cuantitativa de valores de rugosidad de la superficie correspondientes a 16 combinaciones distintas de parámetros de pulido, que abarcan potencias de pulido de 200 a 350 W y velocidades de pulido de 13 a 21 mm/s. Esta tabla anota los valores reales de Ra medidos después de pulir 16 pistas de una sola-capa en la muestra I, identificando claramente la combinación de 300 W + 18 mm/s como el conjunto de parámetros óptimo (I-11, Ra=0.31 μm); Además, destaca los problemas asociados con otros rangos de parámetros-específicamente, valores de rugosidad más altos resultantes de combinaciones de baja-potencia, alta-velocidad y la tendencia de que las combinaciones de alta-potencia y baja-velocidad induzcan ondulaciones en la superficie debido a la evaporación del polvo. La subfigura (b) presenta una comparación macroscópica detallada del espécimen I-11 antes y después del pulido con los parámetros óptimos, lo que demuestra visualmente una mejora significativa en la planitud y uniformidad de la superficie después del proceso de pulido. La subfigura (c) proporciona una vista comparativa de imágenes de microscopio óptico (a una escala consistente de 40 μm) que muestra el espécimen I-11 después del pulido óptimo (izquierda) versus su estado sin pulir (derecha); la superficie sin pulir se caracteriza por una abundancia de partículas de polvo sin fusionar, irregularidades significativas y una apariencia más oscura resultante de la dispersión de la luz, mientras que la superficie pulida está prácticamente libre de polvo sin fusionar, parece plana y lisa y exhibe un reflejo de luz uniforme. En última instancia, este conjunto de parámetros óptimo redujo la rugosidad de la superficie de un valor inicial de 4,2 μm a 0,31 μm, una tasa de mejora del 93 %. A través de esta comparación tripartita que abarca datos cuantitativos, morfología macroscópica y topografía microscópica, la figura valida efectivamente la eficacia del pulido láser para reducir la rugosidad de la superficie de las capas de metal DED y al mismo tiempo establece los parámetros óptimos del proceso para el pulido láser.
