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Introdução ao artigo
A Deposição de Energia Direcionada (DED)-também conhecida como revestimento a laser-é uma técnica de fabricação aditiva que utiliza um laser de alta-potência combinado com um sistema coaxial de alimentação de pó para fabricar componentes metálicos camada por camada. Ao contrário dos processos tradicionais de fundição e usinagem, as propriedades mecânicas das camadas depositadas no DED podem variar significativamente devido à flutuação contínua dos parâmetros de processamento-como altura da camada, velocidade de digitalização e potência do laser-durante o processo de fabricação. Apesar dos numerosos avanços alcançados na tecnologia DED, pesquisas sobre a avaliação *in{7}}situ* de propriedades mecânicas-como o módulo de Young e o índice de Poisson-durante o processamento permanecem escassas; isso torna o monitoramento e a garantia de qualidade *in{10}}in situ* particularmente críticos.
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**Visão Geral do Estudo**
Este estudo desenvolve uma técnica in-sem{0}}de contato e sem contato para avaliar as propriedades mecânicas de materiais processados por meio do método de Deposição de Energia Direcionada (DED). Esta técnica inovadora integra ultrassom a laser de femtosegundo com polimento a laser para permitir uma avaliação completamente sem-contato e não{4}}destrutiva do módulo de Young e da razão de Poisson. Ao utilizar ondas ultrassônicas-geradas por laser de femtosegundo na faixa de frequência de GHz a THz, o sistema atinge resolução espacial sub-mícron, facilitando assim a avaliação de alta-qualidade, camada-por{10}}camada. Para enfrentar o desafio de detectar sinais ultrassônicos em meio à rugosidade da superfície inerente às camadas depositadas, a equipe de pesquisa empregou o-polimento a laser in situ-em vez do polimento mecânico tradicional-, o que melhorou significativamente a detectabilidade das ondas ultrassônicas. Testes realizados sob diversas condições de processamento DED demonstraram que as propriedades mecânicas avaliadas por esta técnica exibem um alto grau de consistência com os resultados obtidos a partir de testes de tração independentes realizados após a conclusão do processo de fabricação.
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**Análise Ilustrada**
A Figura 1 apresenta uma visão geral esquemática do fluxo de trabalho geral para a técnica de avaliação de propriedades mecânicas in-situ dentro do processo DED. Ele ilustra claramente o procedimento principal-começando a partir do substrato-que completa sequencialmente a estimativa do módulo de Young e da razão de Poisson da camada depositada através de quatro etapas distintas: a Etapa 1 utiliza o laser DED para executar o processo DED, fundindo e depositando pó metálico para formar uma camada DED com uma superfície áspera e uma espessura de aproximadamente 100 μm; A etapa 2 re-propõe um laser de polimento (que pode ser o mesmo dispositivo que o laser DED) para realizar o polimento a laser; por meio da refusão, esse processo cria uma camada lisa de refusão na superfície do material depositado, reduzindo a rugosidade média aritmética para aproximadamente 0,3 μm; A etapa 3 emprega um laser de femtosegundo para excitar e medir ondas ultrassônicas na faixa de frequência GHz – THz na região solidificada após o polimento; A etapa 4 estima o módulo de Young e o índice de Poisson com base nos sinais ultrassônicos medidos, em conjunto com as relações de tensão-deformação. O diagrama também apresenta anotações correspondentes destacando os principais equipamentos de laser e as alterações morfológicas da superfície associadas a cada etapa, fornecendo assim uma demonstração visual das características totalmente sem-contato e não{15}}destrutivas da técnica em todo o seu fluxo de trabalho de "deposição-polimento-detecção-estimativa".
A Figura 2 apresenta uma análise comparativa abrangente que investiga o impacto do polimento a laser na rugosidade superficial das camadas metálicas DED. Compreendendo três subfiguras-(a), (b) e (c)-a análise é conduzida em três dimensões: parâmetros quantitativos, morfologia macroscópica e topografia microscópica, com foco central no conjunto ideal de parâmetros de polimento identificados para a amostra I-11. A subfigura (a) exibe uma tabela quantitativa de valores de rugosidade superficial correspondentes a 16 combinações distintas de parâmetros de polimento, abrangendo potências de polimento de 200–350 W e velocidades de polimento de 13–21 mm/s. Esta tabela anota os valores reais de Ra medidos após o polimento de 16 faixas de-camada única no espécime I, identificando claramente a combinação de 300 W + 18 mm/s como o conjunto de parâmetros ideal (I-11, Ra=0.31 μm); além disso, ele destaca problemas associados a outras faixas de parâmetros,-especificamente, valores de rugosidade mais altos resultantes de combinações de baixa-potência e alta{21}}velocidade e a tendência de combinações de alta-potência e baixa-velocidade para induzir ondulação da superfície devido à evaporação do pó. A subfigura (b) apresenta uma comparação macroscópica aproximada da amostra I-11 antes e depois do polimento com os parâmetros ideais, demonstrando visualmente uma melhoria significativa no nivelamento e uniformidade da superfície após o processo de polimento. A subfigura (c) fornece uma visão comparativa das imagens do microscópio óptico (em uma escala consistente de 40 μm) mostrando a amostra I-11 após o polimento ideal (esquerda) versus seu estado não polido (direita); a superfície não polida é caracterizada por uma abundância de partículas de pó não fundidas, irregularidades significativas e uma aparência mais escura resultante da dispersão da luz, enquanto a superfície polida é virtualmente livre de pó não fundido, parece plana e lisa e exibe reflexão de luz uniforme. Em última análise, este conjunto de parâmetros ideal reduziu a rugosidade da superfície de um valor inicial de 4,2 μm para 0,31 μm - uma taxa de melhoria de 93%. Através desta comparação tripartida abrangendo dados quantitativos, morfologia macroscópica e topografia microscópica, a figura valida efetivamente a eficácia do polimento a laser na redução da rugosidade superficial das camadas metálicas DED, ao mesmo tempo que estabelece os parâmetros de processo ideais para o polimento a laser.
