Kaip metalo 3D spausdinimas veikia gamybos komponentuose esant aukštai - temperatūros sąlygoms?

一, didelis medžiagų savybių pakeitimas: nuo „neįmanoma“ iki „Super Performance“
1. Labai tiksli mikrostruktūros kontrolė
Greitas aušinimo greitisMetalo 3D spausdinimas(Iki 10 ³–10 ⁷ laipsnio /s) visiškai pakeitė naudojamą liejimo būdą, kuris buvo dendritinis vystymasis. Nikelis - pagrįstas aukšta - temperatūros lydiniai yra geras pavyzdys. Tradiciniams metodams reikia daug savaičių cheminio homogenizacijos terminio apdorojimo dėl dendritinės segregacijos. Tačiau 3D spausdinimas tiesiogiai sukuria mažas ląstelių grūdų struktūras, o tai reiškia, kad homogenizacijos fazė nereikalinga. Kryptinis terminis apdorojimas taip pat gali tiksliai kontroliuoti fazių kritulių dydį iki nanoskalės lygio. NASA įvertino 3D atspausdintą nikelio - pagrindu pagrįstą lydinio turbinos ašmenis ir nustatė, kad jie išlaiko 98% savo pradinio stiprumo aukštoje 1600 laipsnių temperatūroje. Tai yra 15% stipresnis nei tradiciniai kaltinimai.
2. Kompozitas su skirtingų medžiagų gradientu
3D spausdinimas gali pakeisti medžiagų sudėtį gradientu, kad patenkintų įvairių aukštų - temperatūros komponentų dalių našumo poreikius. Komanda sukūrė kobaltą - pagrįstą/nikelį - pagrįstą kompozicinį turbinos diską, kuris yra atsparus roplijam - ir turi ilgą nuovargio tarnavimo laiką 1200 laipsnių. Jie tai padarė naudodamiesi internetine miltelių maišymo technologija, kad pagrindinio disko plotą taptų aukšta - stiprumo kobaltas -, pagrįstas lydiniu, o disko kraštas yra aukštas - temperatūra - atsparūs nikeliui - pagrįsta lydinys. Funkcija „Viena medžiaga, skirta kelių naudojimo būdams“ sumažina vieno gabalo kainą 40% ir laiką, kurio reikia studijuoti ir gaminti ją 60%.
3. Naujų lydinių sistemų kūrimas
Kinijos mokslų akademijos „Metalų institutas“ komanda naudojo lazerinių miltelių lovų suliejimo (LPBF) technologiją, kad būtų sukurta al - fe - V - si - sc aluminium lydinys. Jis vis dar turi 450MPa tempimo stiprumą 400 laipsnių, o tai užpildo tradicinių aliuminio lydinių veikimo spragą 200–450 laipsnių temperatūros diapazone. Pagrindinis proveržis yra:
Amorfinė/kristalinė kompozicinė struktūra: lydymosi baseino centras greitai atvėsta, sudarydamas amorfinį tinklą, dėl kurio sunku dislokacijoms keliauti.
Multi - skalės kritulių fazės stiprinimas: Al ₈ Fe ₂ Si, Al ₁ V ir kitos nano fazės veikia kartu Al ∝ SC sąsajoje, kad sustabdytų griovį aukštoje temperatūroje.
Skandžio elemento grūdų ribų valdymas: SC elementas patikslina grūdus ir laiko grūdų ribas, todėl jie yra 70% mažiau linkę įtrūkti.
2, Naujos gamybos proceso idėjos: pereinant nuo „atimties“ į „priedą“
1. Vieno gabalo sudėtingų konstrukcijų formavimas
Anksčiau, norint padaryti aukštus - temperatūros komponentus, reikalingus dešimtis žingsnių, kad būtų galima sudėti skirtingas dalis. Vis dėlto 3D spausdindami galite tiesiogiai padaryti sudėtingas savybes, tokias kaip biomimetinės korio struktūros ir konforminiai aušinimo kanalai. Tam tikra aviacijos ir kosmoso įmonė gamina turbinų ašmenis, prijungtas prie biomimetinės korio aušinimo struktūros. Tai daro 40% vėsinimą efektyvesnį ir padvigubina ašmenų tarnavimo laiką. Orlaivio variklio degimo kameros įdėklas atspausdinamas dvigubu - sluoksnių aušinimo kanalais, naudojant elektronų pluošto lydymosi (EBM) technologiją. Po to, kai buvo gydomas karštu izostatiniu presavimu, aukštas - temperatūros šliaužimas yra toks pat geras, kaip ir kaltinimai, ir praeina 3000 valandų suolelio testą.
2. Lengva ir funkcinė integracija
3D spausdinimas gali padaryti aukštą - temperatūros dalys nuo 30% iki 70% lengvesnių per topologijos optimizavimo projektą. „Porsche 911 GT2 RS“ lenktynių automobilis turi 3D atspausdintus titano lydinio stūmoklius, kurie aušinimo kanaluose pastatė -. Šie kanalai padidina variklio išėjimą 30 arklio galių ir sumažina svorį 15%. Dar svarbiau, kad „Multi -“ medžiagų spausdinimo technologija leidžia įdėti elektronines dalis, tokias kaip jutikliai ir pavaros tiesiai ant metalinių substratų, todėl pasiekiama „struktūros funkcijos intelektas“.
3. Priežiūros ir perdarymo revoliucija
3D atspausdintos nukreiptos energijos nusodinimo (DED) technologija gali labai tiksliai nustatyti aukštą - temperatūros dalys, turinčios lokalizuotą pažeidimą. Lazerio apvalkalo technika naudoja tam tikrą elektrinę, kad būtų galima pritvirtinti dujų turbinos ašmenis . 3 D Suždužtų sekcijų nuskaitymui nustatant remonto kelią, o tada tie patys milteliai yra išlydyti sluoksniu. Po fiksavimo dalių nuovargio stiprumas siekia 95% naujų dalių, o tai sutaupo 700 000 juanių kiekvieną remontą.
3, panaudojimas ir problemos pramonėje: šuolis iš laboratorijos į pramonę
1. Orlaivių pramonė yra pagrindinė kovos laukas
Orlaivio variklis: „GE Aviation“ šuolio variklio degalų antgalis sujungia 20 dalių į vieną, naudojant 3D spausdinimą, todėl jis yra 200 laipsnių atsparesnis šilumai ir penkis kartus ilgiau -;
Raketų variklis: NASA išbandė traukos kamerą, pagamintą iš 3D - atspausdinto aliuminio lydinio, kuriame naudojamas regeneracinis aušinimo mechanizmas, kad vidinės sienos temperatūra būtų žemiau lydymosi taško. Tai padidino traukos tankį 30%.
Hipersoninis orlaivis: Komanda padarė volframo renio lydinio karšto galo dalį, kuri gali sutvarkyti staigią aukštą 3000 laipsnių temperatūrą. Tai yra svarbi hipersoninių ginklų palaikymas.
2. Nauji energetikos ir pramonės sričių pokyčiai
Dujų turbina: „Siemens Energy“ 3D - spausdinta dujų turbinos degimo kamera pagerina degimo efektyvumą 2% ir sumažina azoto oksido išmetimą 15%, naudodama biomimetinio srauto kanalo konstrukciją.
Kinijos nacionalinės branduolinės korporacijos 3D - atspausdintas cirkonio lydinio dangos apvalkalas branduolinės energijos įrangai yra tris kartus atsparesnis korozijai 400 laipsnių aukščio - temperatūros garas, todėl ketvirtosios kartos branduolinė reaktorius yra saugus.
„Bosch“ padarė 3D spausdintą turbokompresoriaus rotorių automobilių pramonei, todėl rotorius 15% stiprėja prieš šliaužimą, o 40% greičiau - reaguoti 1200 laipsnių.
3. Svarbios problemos ir būdai joms išspręsti
Trūkstamų medžiagų duomenų bazė: Naujų aukštų -} temperatūros lydinių ir didelių duomenų infrastruktūros, skirtos stebėti, kaip gerai sudėties proceso darbus reikia nustatyti, gali užtrukti iki dvejų metų.
Proceso stabilumo valdymas: Raketinio purkštuko projektavimui reikėjo daugiau nei 200 jo parametrų pakeitimų ir jam reikia sukurti - in situ stebėjimą ir uždaryti - kilpų valdymo sistemas;
Didelės išlaidos po apdorojimo: Turbinos diskas turi atlikti septynis etapus, tokius kaip palaikymas, terminis apdorojimas ir apdirbimas. Tai kainuoja 40% visų išlaidų ir apima ne - perdirbimo medžiagos sistemos sukūrimą.
Aplinkos ir saugos rizika: Metalo miltelių atliekų apdorojimas kainuoja 12% eksploatavimo išlaidų, o nauji perdirbimo ir spausdinimo metodai su mažiau dulkių reikia atlikti.