Hogyan működik a fém 3D nyomtatás a gyártási alkatrészekben magas - hőmérsékleti körülmények között?

一, Az anyagok tulajdonságainak nagy változása: a "lehetetlen" -től a "szuper teljesítményig"
1. A mikroszerkezet nagyon pontos ellenőrzése
A gyors hűtési sebességfém 3D -s nyomtatás(10 ³ - 10 ⁷ fokozat /s) teljes mértékben átalakította az öntözés működését, amelyet a dendritikus fejlődés okoz. A nikkel - alapú magas - hőmérsékleti ötvözetek jó példa. A hagyományos módszerek sok hetes kémiai homogenizációs hőkezelést igényelnek a dendritikus szegregáció miatt. A 3D -s nyomtatás azonban közvetlenül kis celluláris szemcsés struktúrákat hoz létre, ami azt jelenti, hogy a homogenizációs fázisra nincs szükség. Az irányított hőkezelés pontosan szabályozhatja a 'fázis csapadék méretét is a nanoméretű szintig. A NASA értékelte a 3D nyomtatott nikkel - alapú ötvözött turbina pengéket, és megállapította, hogy eredeti szilárdságuk 98% -át magas hőmérsékleten tartják 1600 fokos hőmérsékleten. Ez 15% -kal erősebb, mint a hagyományos kovácsok.
2. Kompozit különböző anyagok gradiensével
A 3D -s nyomtatás megváltoztathatja az anyagok összetételét gradiens módon, hogy kielégítse a magas - hőmérsékleti alkatrészek különböző részeinek teljesítményi igényeit. Egy csapat létrehozott egy kobalt - alapú/nikkel - alapú kompozit turbina lemezt, amely mind kúszó - rezisztens, és hosszú fáradtsággal rendelkezik 1200 fokon. Ezt online porkeverési technológiával hajtották végre, hogy a lemez alapterületét magas - szilárdsági kobalt - alapú ötvözet és a lemez széle magas - hőmérséklet - rezisztens nikkel - alapú ötvözetű hőmérsékletet. Az "Egy anyag többszörös felhasználáshoz" szolgáltatás 40% -kal csökkenti az egyetlen darab költségeit, és a tanulmányozáshoz és 60% -kal történő előállításához szükséges idő.
3. Új ötvözetrendszerek készítése
A Kínai Tudományos Akadémia Metals Csapatának Intézete lézeres por ágyfúziós (LPBF) technológiát használt az Al - fe - v -} Si - SC alumínium ötvözet készítéséhez. Még mindig 450 mPa szakítószilárdsága 400 fokos, ami kitölti a hagyományos alumíniumötvözetek teljesítményrést a 200-450 fokos hőmérsékleti tartományban. A fő áttörés a következő:
Amorf/kristályos kompozit szerkezet: Az olvadékmedence közepe gyorsan lehűl, és amorf hálózatot képez, amely megnehezíti a diszlokációk utazását.
Multi - skála csapadék fázis Megerősítés: Al ₈ fe ₂ Si, Al ₁ V és más nano fázisok együtt működnek az AL ∝ SC interfészen, hogy megállítsák a durvaságot a magas hőmérsékleten.
A Scandium elem gabona határvezérlése: Az SC elem finomítja a gabonaféléket és tartja a gabonahatárokat a helyén, így 70% -kal kevésbé valószínű, hogy felmelegszik.
2, Új ötletek a gyártási folyamatban: A "szubtraktív" -ról "additív" -ig történő áttérés
1. Bonyolult szerkezetek formázása egy darabban
A múltban a magas - hőmérsékleti alkatrészek elkészítéséhez tucatnyi lépés szükséges a különböző alkatrészek összeállításához. A 3D -s nyomtatás esetén azonban közvetlenül bonyolult funkciókat készíthet, például a biomimetikus méhsejt szerkezeteket és a konformális hűtési csatornákat. Egy bizonyos repülőgépgyártó társaság olyan turbinapengéket készít, amelyek a biomimetikus méhsejt hűtési struktúrához kapcsolódnak. Ez 40% -os hűtést eredményez, és megduplázza a pengék élettartamát. A repülőgép motorjának égési kamra bélését dupla - rétegű hűtőcsatornákkal nyomtatjuk elektronnyaláb -olvadás (EBM) technológiával. Miután forró izosztatikus préseléssel kezelték, a magas - hőmérsékleti kúszási teljesítmény ugyanolyan jó, mint a kovácsolás, és átadja a 3000 órás pad tesztet.
2. Könnyű és funkcionális integráció
A 3D -s nyomtatás magas - hőmérsékleti alkatrészeket 30% -kal 70% -kal könnyebbé teheti a topológia optimalizálásának kialakításán keresztül. A Porsche 911 GT2 RS versenyautó 3D -s nyomtatott titánötvözet -dugattyúval rendelkezik, amelyek - -et építettek a hűtési csatornákon. Ezek a csatornák 30 lóerővel javítják a motor teljesítményét, és 15%-kal csökkentik a súlyt. Ennél is fontosabb, hogy a multi - anyagi nyomtatási technológia lehetővé teszi az elektronikus alkatrészek, például az érzékelők és a hajtóművek fémszubsztrátokra történő helyezését, azaz a "struktúra funkció intelligenciája".
3. Forradalom a karbantartásban és az újjáépítésben
A 3D nyomtatott irányított energia lerakódás (DED) technológia nagyon pontosan rögzítheti a magas- hőmérsékleti alkatrészeket a lokalizált károsodásokkal. A lézeres burkolat -technikát egy bizonyos erőmű használja a gázturbina pengék . 3 d szkennelése érdekében, hogy a törött szakaszok beolvassa a javítási utat, majd ugyanazt a port rétegesen megolvasztják. A rögzítés után az alkatrészek fáradtságának szilárdsága az új alkatrészek 95% -ára nyúlik vissza, ami minden javítást megtakarít.
3, Használat és problémák az iparban: A laboratóriumból az iparba való ugrás
1. A repülőgépipar a kulcsfontosságú csatatér
Repülőgép motorja: A GE Aviation Leap Motor üzemanyag -fúvókája 20 alkatrészt egyesít egy 3D nyomtatás segítségével, így 200 fokkal jobban ellenáll a hőnek, és ötször hosszabb ideig tartó - tartós;
ROCKET MOTOR: A NASA egy 3D - nyomtatott alumíniumötvözetből készült toló kamrát tesztelt, amely regeneráló hűtési mechanizmust használ a belső fal hőmérsékletének az olvadáspont alatt tartása érdekében. Ez a tolóerő sűrűségének 30%-kal megnövekedett.
Hypersonic repülőgép: Egy csapat készített egy volfrám -renium ötvözet forró végét, amely hirtelen magas hőmérsékletet képes kezelni. Ez a hiperszonikus fegyverek fontos anyagi támogatása.
2. új fejlemények az energia és az ipar területén
Gázturbina: A Siemens Energy 3D - nyomtatott gázturbina égési kamra 2% -kal javítja az égési hatékonyságot, és 15% -kal csökkenti a nitrogén -oxid -kibocsátást biomimetikus áramlási csatorna kialakításával.
A Kínai Nemzeti Nukleáris Társaság 3D - nyomtatott cirkónium -ötvözetű burkolatának nukleáris energiatartalmú berendezésekhez háromszorosebb a 400 fokos korrózióval szembeni ellenállása, amely a negyedik generációs nukleáris reaktor biztonságosabbá válik.
A Bosch 3D -s nyomtatott turbófeltöltő rotorot készített az autóipar számára, amely a rotorot 15% -kal erősebbé teszi a kúszás ellen, és 40% -kal gyorsabban reagálhat 1200 fokos reagálásra.
3. Fontos problémák és megoldásuk módja annak, hogy megoldják őket
Hiányzó anyagok adatbázisa: Akár két évbe telhet az új magas - hőmérsékleti ötvözetek és egy nagy adatinfrastruktúra előállítása annak nyomon követésére, hogy a kompozíciós folyamat működését miként kell beállítani.
Folyamat stabilitási szabályozás: A rakétafúvóka megtervezése több mint 200 változtatást igényelt annak paramétereiben, és a - in situ megfigyelés és zárt - hurokvezérlő rendszerek létrehozására van szüksége;
Nagy költségek a feldolgozás után: A turbina lemeznek hét lépéssel kell átmennie, például támogatás, hőkezelés és megmunkálás. Ez a teljes költség 40% -át fizeti, és magában foglalja egy nem - feldolgozó anyagrendszer létrehozását.
Környezetvédelmi és biztonsági kockázatok: A hulladékfémpor feldolgozása a működési költségek 12% -át, valamint a kevesebb porral történő újrahasznosításhoz és nyomtatáshoz szükséges új módszereket kell készíteni.