Как метален 3D печат се изпълнява в производствените компоненти при високи - температурни условия?

一, голяма промяна в качествата на материалите: от „невъзможно“ до „супер производителност“
1. Много прецизен контрол на микроструктурата
Бързата скорост на охлаждане наМетален 3D печат(До 10 ³ - 10 ⁷ градус /и) е преобразил изцяло начина, по който кастингът е използвал за работа, който е бил чрез дендритно развитие. Никел -, базирани на високи - Температурни сплави са добър пример. Традиционните методи се нуждаят от много седмици химическа хомогенизация топлинна обработка поради дендритна сегрегация. Въпреки това, 3D печат директно създава малки клетъчни зърнени структури, което означава, че фазата на хомогенизация не е необходима. Посочената топлинна обработка също може точно да контролира размера на фазовите валежи до нивото на наноразмер. НАСА оцени 3D отпечатан никел - базирани на алошетни турбини и установи, че те държат 98% от първоначалната си якост при висока температура от 1600 градуса. Това е 15% по -силно от традиционните изковки.
2. Състав с градиент от различни материали
3D печат може да промени състава на материалите по градиентен начин, за да задоволи нуждите на производителността на различни части на високите - температурни компоненти. Екип създаде кобалт - на базиран/никел - композитен турбинен диск, който е едновременно пълзящ - устойчив и има дълъг живот на умора на 1200 градуса. Те направиха това, като използваха онлайн технология за смесване на прах, за да направят основната област на диска висока - якост кобалт - сплав и ръб на диска високо - температура - устойчив никел - базиран на Alloy. Функцията „Един материал за множество употреби“ намалява разходите за едно парче с 40% и времето, необходимо за изучаването и производството му с 60%.
3. Извършване на нови алуминиеви системи
Екипът на Института за метали на Китайската академия на науките използва технологията за лазерно прахово легло сливане (LPBF), за да направи Al - fe - V - Si - SC Aluminum Alloy. Той все още има якост на опън от 450MPa на 400 градуса, което запълва празнината на традиционните алуминиеви сплави в температурния диапазон 200-450 градуса. Основният пробив е:
Аморфна/кристална композитна структура: Центърът на басейна на стопилка се охлажда бързо, образувайки аморфна мрежа, която затруднява пътуването на дислокациите.
Multi - Укрепване на фазата на валежите на скалата: Al ₈ Fe ₂ Si, Al ₁ V и други нано фази работят заедно на интерфейса Al ∝ SC, за да спрат да се оправят при високи температури.
Скандиев елемент граничен контрол на зърното: SC елементът усъвършенства зърната и държи границите на зърното на място, което ги прави 70% по -малко вероятно да се напукат при нагряване.
2, Нови идеи в производствения процес: Преминаване от "изваждане" до "добавка"
1. Формиране на сложни структури в едно парче
В миналото правенето на високи - температурни компоненти изисква десетки стъпки, за да се съберат различни части. С 3D печат обаче можете директно да направите сложни функции като биомиметични структури на пчелна пита и конформни канали за охлаждане. Определена аерокосмическа компания прави турбинни остриета, които са свързани към биомиметична структура на охлаждане на пчелна пита. Това прави охлаждането с 40% по -ефективно и удвоява живота на остриетата. Изгаряне на камерната облицовка на двигателя на самолета е отпечатана с двойни канали за охлаждане на слоя -, използвайки технологията за топене на електронни лъчи (EBM). След като се лекува с горещо изостатично натискане, високата ефективност на температурата - е толкова добра, колкото тази на изворите и преминава 3000-часов тест на пейката.
2. Лека и функционална интеграция
3D печат може да направи висок - температурни части 30% до 70% по -леки чрез дизайн на оптимизация на топологията. Porsche 911 GT2 RS Racing Car има 3D отпечатани бутала от титаниев сплав, които са изградили - в охлаждащи канали. Тези канали подобряват мощността на двигателя с 30 конски сили и намаляват теглото с 15%. По -важното е, че Multi - технологията за печат на материали ви позволява да поставяте електронни части като сензори и задвижващи механизми точно върху метални субстрати, което е как се постига „структурна функция“.
3. Революция в поддръжката и възстановяването
3D отпечатано насочено отлагане на енергия (DED) Технологията може да фиксира високо - температурни части с локализирани повреди много точно. Техниката за лазерна облицовка се използва от определена електроцентрала за фиксиране на остриета на газовите турбини . 3 D сканиране на счупените участъци прави пътя на ремонта, а след това същият прах се разтопява по слой. След като се фиксира, силата на умората на частите се връща към 95% от тази на новите части, което спестява 700 000 юана всеки ремонт.
3, употреби и проблеми в индустрията: скокът от лабораторията към индустрията
1. Авиационната индустрия е основното бойно поле
Двигател на въздухоплавателното средство: Накрайникът за гориво на двигателя Leap от GE Aviation съчетава 20 части в една, използвайки 3D печат, което го прави 200 градуса по -устойчив на топлина и пет пъти по -дълъг - траен;
Ракетен двигател: НАСА тестваше тясна камера, изработена от 3D - печатна алуминиева сплав, която използва регенеративен механизъм за охлаждане, за да поддържа температурата на вътрешната стена под точката на топене. Това увеличи плътността на тягата с 30%.
Хиперзвуков самолет: Екип е направил горещ край на волфрамовия реник сплав, която може да се справи с внезапна висока температура от 3000 градуса. Това е важна материална подкрепа за хиперзвуковите оръжия.
2. Нови разработки в областта на енергията и индустрията
Газова турбина: 3D от печатна газова турбинна камера на Siemens Energy- подобрява ефективността на горенето с 2% и намалява емисиите на азотен оксид с 15%, като се използва дизайн на биомиметичен поток.
3D {1 {1 {1- отпечатана тръба за облицовка на циркониева сплав за ядрена енергия е три пъти по -устойчива на корозия във височина 400 градуса - температурна пара, което прави по -безопасен ядрен реактор от четвърто поколение.
Bosch направи 3D отпечатан турбокомпресор ротор за автомобилната индустрия, който прави ротора с 15% по -силен срещу пълзене и 40% по -бързо да реагира на 1200 градуса.
3. Важни проблеми и начини за решаването им
База данни с липсващи материали: Може да отнеме до две години, за да се произвеждат нови високи - температурни сплави и голяма инфраструктура за проследяване на това колко добре трябва да работи процесът на композиция.
Контрол на стабилността на процеса: Дизайнът на ракетна дюза е изисквал над 200 промени в неговите параметри и се нуждае от създаването на в - situ мониторинг и затворен - системи за контрол на цикъла;
Високи разходи след обработката: Турбинният диск трябва да премине през седем стъпки, като подкрепа, топлинна обработка и обработка. Това струва 40% от общите разходи и включва създаването на система, която не е -, обработваща материална система.
Рискове за околната среда и безопасността: Преработката на прах от отпадъчен метал струва 12% от оперативните разходи и трябва да се направят нови методи за рециклиране и печат с по -малко прах.