مطالعات قبلی گزارش داده اند که تک بلورها را می توان با استفاده از تولید افزودنی پرتو الکترونی ساخت. با این حال، این تکنیک به تجهیزات گران قیمت نیاز دارد و عملکرد آن نیز به دلیل نیاز به ایجاد خلاء پرهزینه است و استفاده گسترده از آن را محدود می کند. اگرچه تولید افزودنی لیزر را می توان با استفاده از تجهیزات ارزان تر انجام داد، تلاش های قبلی برای ساخت تک بلورها با استفاده از این تکنیک شکست خورده بود.
تک کریستال نیکل، با تنها چند نقص کریستالی بسیار کمی، با تابش پودر نیکل با یک پرتو لیزری با شعاع بزرگ و سطح صاف (یعنی یک پرتو لیزری که شدت آن در سطح مقطع پرتو یکنواخت است) به دست آمد. این تکنیک ممکن است برای ساخت طیف وسیعی از مواد تک کریستالی، از جمله مواد مقاوم در برابر حرارت برای موتورهای جت و توربین‌های گاز مورد استفاده قرار گیرد.
از سمت چپ: پرتو لیزر بر روی بستر پودری تابش می شود و اجسام تک بلوری استوانه ای حاصل تولید می شوند. (راست) یک پرتو لیزری با سطح صاف می‌تواند برای تشکیل کریستال‌هایی که در جهت یکسانی قرار دارند اعمال شود، در حالی که استفاده از پرتو لیزر معمولی گاوسی منجر به دانه‌های کریستالی کمتر جهت‌دار می‌شود.
موتور جت و اجزای توربین گاز در شکل پیچیده‌تر و سبک‌تر می‌شوند و تقاضا برای تولید افزودنی این قطعات با استفاده از سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل مقاوم در برابر حرارت رو به افزایش است. از آنجایی که تک کریستال ها در دماهای بالا قوی تر از پلی کریستال ها هستند، استفاده عملی از آنها به عنوان مواد مقاوم در برابر حرارت امیدوارکننده است. انتظار می‌رود که تلاش‌های جهانی تحقیق و توسعه برای دستیابی به این هدف با استفاده از فناوری ارزان‌تر و پرکاربرد تولید افزودنی لیزری به سرعت تشدید شود.
این پروژه توسط یک تیم تحقیقاتی متشکل از دنیس ادگارد جودی (پژوهشگر جوان، NIMS؛ دانشجوی دکتری، دانشگاه کیوشو)، تومونوری کیتاشیما (باز کردن در پنجره جدید) (پژوهشگر اصلی، NIMS؛ دانشیار، دانشگاه کیوشو) انجام شد. )، ماکوتو واتانابه (باز کردن در یک پنجره جدید) (مدیر زمینه اتصال و تولید، NIMS)، تاکایوشی ناکانو (استاد، دانشکده مهندسی فارغ التحصیل، دانشگاه اوزاکا) و یوئیچیرو کویزومی (استاد دانشکده تحصیلات تکمیلی مهندسی، دانشگاه اوزاکا) .
از طریق ما با همه چیزهایی که در دنیای شگفت انگیز AM اتفاق می افتد به روز باشید لینکدین انجمن.
هنگامی که یک ماده پودر فلز خام با پرتو لیزر تابش می شود، ذوب می شود و یک رابط جامد-مایع را تشکیل می دهد. رشد دانه‌ها در نزدیکی سطح مشترک در یک جهت و جلوگیری از تشکیل عیوب ایجاد کرنش ناشی از انجماد آنها دشوار بود. مشخص شد که این مشکل به مشخصات شدت پرتوهای لیزر گاوسی معمولی (یعنی پرتوهای لیزری با شدت زنگوله‌شکل در سطح مقطع پرتو) نسبت داده می‌شود که باعث تشکیل چند بلورهای متشکل از دانه‌های کریستالی کمتر جهت‌دار می‌شود. بسیاری از مرزهای دانه
با استفاده از یک چاپگر سه بعدی تجاری SLM 280 از SLM Solutions، تیم تحقیقاتی دانشکده مهندسی فارغ التحصیل دانشگاه NIMS–Osaka موفق به ساخت تک کریستال ها با استفاده از پرتو لیزری سطح تخت شد که یک سطح حوضچه مذاب مسطح روی پودرهای نیکل ایجاد کرد. دانه‌های کریستالی منفرد در همان جهت با نقص‌های القای کرنش کمتر رشد کردند. تک بلورهای بدون مرز دانه که مستعد ترک خوردن هستند در دماهای بالا بسیار قوی هستند.
این تکنیک جدید اجازه می دهد تا تولید کرنش و ترک خوردگی کریستال ها در طول انجماد آنها به حداقل برسد. علاوه بر این، این تکنیک نیازی به استفاده از کریستال های بذر ندارد، که فرآیندهای تولید افزودنی را ساده می کند. علاوه بر نیکل، این تکنیک تولید افزودنی لیزری را می توان برای پردازش سایر فلزات و آلیاژها به اشیاء تک کریستالی نیز استفاده کرد.
