La stampa 3D in metallo può creare strutture complesse di canali fluidi?

1. Principio tecnico: conversione accurata dai modelli digitali a strutture tangibili.
Le proprietà di stratificazione della produzione additiva sono ciò che rende utile la stampa 3D in metallo per la produzione di canali fluidi. Ad esempio, il flusso di processo per la tecnologia selettiva di fusione laser (SLM) può essere suddiviso in tre passaggi:
Modellazione digitale: utilizzare il software CAD per creare un modello dimensionale tre - di un canale fluido che ottimizza il percorso di flusso, la forma sezionale - e i fattori di rugosità superficiale. Ad esempio, il blocco di valvole proporzionali multi - di Sino Power per attrezzature speciali sottomarini utilizzano algoritmi di intelligenza artificiale per creare automaticamente una struttura topologica del percorso a flusso, che riduce la resistenza al fluido del 40%.
Fare a strati: per creare un percorso di scansione laser, tagliare il modello in strati sottili di spessore da 20 a 50 μm lungo l'asse z -. La libreria di processi intelligenti di Platinum Technology può abbinare automaticamente la potenza laser, la velocità di scansione e altre impostazioni per materiali diversi. Ciò mantiene l'accuratezza dello spessore della parete del canale inferiore a ± 0,05 mm.
Livello di fusione per strato: un raggio laser energetico - alto si scioglie selettivamente in polvere di metallo lungo un percorso mentre è protetto da gas inerte. Questo crea un solido impilando gli strati sopra l'uno dell'altro. La tecnologia di fusione del fascio di elettroni (EBM) utilizza la scansione del fascio di elettroni in un ambiente a vuoto. È utile per creare materiali difficili da elaborare, leghe di temperatura così elevate - che vengono utilizzate per realizzare canali di raffreddamento per le lame per turbine a motori aeronautico.
Questo metodo di produzione "da zero" elimina la necessità di stampi e utensili da taglio nei processi tradizionali. Può anche creare direttamente qualsiasi canale di flusso complesso, comprese le forme geometriche che sono difficili da realizzare con metodi tradizionali, come i canali di flusso a spirale, i canali di flusso multi - stage e albero biomimetico - come canali di flusso.
2, Situazione per l'uso: pratica innovativa nel regno di High - End Manufacturing
Aerospaziale: un caso d'uso comune è il canale di raffreddamento delle pale della turbina in un motore aeronautico. Per mettere su tubi di raffreddamento usando metodi di fusione tradizionali, devi perforare o saldarli insieme. Ciò potrebbe causare perdite e rendere il raffreddamento meno efficace. E puoi utilizzare la stampa 3D in metallo per creare un canale di flusso labirinto interno che consente di coprire uniformemente il gas la superficie della lama. Questo migliora notevolmente la spinta del motore - a - rapporto di peso. L'ugello del carburante del motore Leap realizzato da GE che utilizza la tecnologia di stampa 3D combina 20 canali di flusso in uno, il che lo rende più leggero il 25% e il 15% in più di carburante.
Biomedico: la progettazione del canale fluido negli impianti su misura ha un effetto diretto sul modo in cui il tessuto può guarire. Ad esempio, 3D - Gli impianti dell'anca stampati hanno canali porosi con caratteristiche trabecolari ossee biomimetiche che aiutano le cellule ossee a proliferare. Il feedback clinico dimostra che il tempo impiegato per integrare le ossa viene tagliato a metà. Maxwell Medical, una società di produzione intelligente in Xi'an, ha prodotto un dispositivo di fusione intervertebrale stampato 3D - con un canale di flusso interno che può imitare la circolazione fluida dei dischi intervertebrali naturali. Ciò riduce il rischio di problemi dopo l'intervento chirurgico del 30%.
Energia e potenza: 3D - Gli scambiatori di calore del canale di flusso migliorano l'efficienza della trasmissione del calore del 20% e tagliando il materiale del 40% migliorando la geometria del canale di flusso nel sistema di raffreddamento dei reattori nucleari. La tecnologia Xi'an Ouzhong ha prodotto una piastra del canale di flusso in lega di titanio per apparecchiature solari che distribuiscono uniformemente il liquido di raffreddamento utilizzando il micrometro - Design del canale a flusso di livello. Ciò mantiene la temperatura del forno a cristallo singolo entro ± 0,5 gradi.
3, Edge tecnologico: una doppia svolta in libertà di progettazione e prestazioni migliori
Design Freedom Revolution: le procedure tradizionali sono limitate dagli angoli in cui gli stampi possono essere demoliti e dagli strumenti disponibili. Il design del corridore deve anche prendere in considerazione quanto sia facile produrre . 3 d La stampa può creare canali di flusso in qualsiasi angolo o curva. Ad esempio, il blocco della valvola di Sino Power per l'attrezzatura sottomarina utilizza la stampa 3D per combinare i 12 fori di processo originali in 3 canali di flusso continuo. Ciò riduce il volume del 60% e la perdita di pressione del 25%.
Ottimizzazione delle prestazioni dei materiali: la stampa 3D in metallo può creare strutture a grana fine e rendere i materiali più forti poiché si solidifica rapidamente. Le parti del canale di flusso realizzate in lega di titanio TC4 di Platinum Lite hanno una resistenza alla trazione di 1100 MPA, che è più forte del 15% dei forgiati. Il design dell'ottimizzazione della topologia rende anche il prodotto più leggero del 30%, che soddisfa la necessità del settore dell'aviazione di resistenza "leggera+alta -".
Risparmio di costi e tempo nella produzione: fare un corpo tradizionale per valvola idraulica prende 12 passi, come la fusione, la lavorazione e la saldatura, e può richiedere fino a 6 mesi . 3 d La stampa può trasformare le materie prime in merci completate in un unico posto. Il progetto di blocco della valvola idraulica di Sino Power ha ridotto i tempi di consegna a due settimane e abbassato i costi dello stampo del 90%. 3 d La stampa è più costi - efficace per piccoli prodotti personalizzati in batch.
4. Problemi tecnici e modi per aggirarli
La stampa 3D in metallo ha molto potenziale per creare canali fluidi, ma ha ancora tre grandi problemi da risolvere:
Controllo della rugosità superficiale: la rugosità superficiale del canale di flusso realizzato dal processo SLM è normalmente RA250 - 400 μ m. Per raggiungere i criteri di tenuta, questo deve essere abbattuto a RA10 μ m o inferiore usando la lucidatura elettrolitica o il peding. L'Università di Xi'an Jiaotong ha creato la tecnologia SLM ad ultrasuoni assistita da vibrazioni che può rendere la rugosità superficiale del canale di flusso RA50 μ m, che riduce il numero di passaggi necessari dopo l'elaborazione.
Trovare difetti all'interno del canale di flusso: è difficile vedere difetti come l'assenza di fusione e porosità. L'attrezzatura platino ha sviluppato apparecchiature di scansione TC industriali in grado di trovare difetti interni piccoli come 0,1 mm. Il tasso di rilevamento dei difetti è salito al 99,9% se utilizzato con un metodo di riconoscimento delle immagini AI.
Multi - Material Composite Printing: per far funzionare i sistemi di fluidi complessi, è spesso necessario combinare materiali diversi, come canali che non corrodano e strutture che sono molto forti. La tecnologia di stampa composita per arco laser di Xi'an Ouzhong Technology ha permesso ai canali di flusso in lega di titanio e alle strutture in acciaio inossidabile da collegare in modo uniforme. Questa tecnologia ha una resistenza alla trazione di 400 MPa, che è ciò di cui ha bisogno l'ingegneria marina.