1 Recensione sulla tecnologia di stampa 3D in metallo
La stampa 3D in metallo, a volte definita produzione additiva in metallo, è una tecnica mediante la quale vengono creati oggetti tridimensionali impilando strato su strato di polveri o fili metallici. La stampa 3D in metallo offre costi di produzione inferiori, cicli di sviluppo più brevi e maggiore libertà di progettazione rispetto alla fusione, alla forgiatura o alla lavorazione meccanica convenzionali. Può essere personalizzato per soddisfare le esigenze reali e ottenere la formazione integrata di forme geometriche complesse.
Due importanti applicazioni della tecnologia di stampa 3D in metallo nella produzione di pale di turbine per aerei sono la deposizione diretta di energia (DED) e la fusione selettiva del letto di polvere (PBF). La sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), la fusione selettiva laser (SLM), la fusione con fascio di elettroni (EBM), ecc. fanno parte del processo PBF. Utilizzando un raggio laser o elettronico, riscaldano la polvere metallica fino al punto di fusione, ottenendo così un impilamento strato dopo strato. Il processo DED aggiunge costantemente fili o polveri metalliche alla piattaforma di costruzione dopo averli fusi selettivamente utilizzando raggi laser, fasci di elettroni, plasma o arco come fonti di calore.
2 La stampa 3D in metallo migliora le prestazioni delle pale delle turbine degli aerei
Migliora la struttura delle lame.
Solitamente avendo superfici complesse a forma libera, le pale delle turbine degli aerei richiedono una precisione di produzione piuttosto elevata. Forme delle pale più precise e sofisticate rese possibili dalle tecnologie di stampa 3D in metallo aiutano a massimizzare le prestazioni aerodinamiche. Il controllo di precisione del processo di stampa consente di produrre lame con intricati canali di raffreddamento e rivestimenti isolanti efficaci, migliorando quindi notevolmente la loro dissipazione del calore e la capacità di sopportare la temperatura.
Per i profili alari delle pale delle turbine, GE ha, ad esempio, realizzato la progettazione di pareti esterne multistrato utilizzando la produzione additiva. Questa costruzione aumenta la capacità di sopportare la temperatura delle pale della turbina originali, migliorando quindi la loro capacità di raffreddamento e quindi la temperatura di funzionamento del motore. Attualmente oggetto di attenzione da parte della ricerca e uno dei principali vantaggi della tecnologia di stampa 3D in metallo nella produzione di pale di turbine aeronautiche è questo metodo di raffreddamento ad aria più efficace.
Migliorare le prestazioni dei materiali.
Materiali in lega ad alte prestazioni come leghe di titanio, leghe ad alta temperatura a base di nichel, ecc., possono essere utilizzati nelle tecnologie di stampa 3D in metallo. Questi materiali possono tollerare ottime condizioni operative e hanno eccezionali qualità meccaniche e resistenza all'ossidazione. Controllando accuratamente la microstruttura e la dimensione dei grani dei materiali, la tecnologia di stampa 3D in metallo aiuta a massimizzare le loro qualità meccaniche.
I ricercatori del MIT hanno scoperto che l’aggiunta di ulteriori fasi di trattamento termico aiuta la grana fine dei materiali stampati in 3D a essere convertita in grani “colonnari” più grandi, microstrutture più robuste e può ridurre il potenziale di scorrimento del materiale. Questo sviluppo apre la strada alla stampa 3D industriale delle pale delle turbine a gas, consentendo quindi alle pale stampate in 3D di mantenere una migliore flessibilità e resistenza in ambienti altamente riscaldati.
Riconoscere l'architettura leggera.
Massimizzando la struttura e la distribuzione del materiale delle lame, la tecnologia di stampa 3D in metallo può ottenere un design leggero e quindi un peso inferiore senza compromettere le prestazioni. Ciò è molto importante per l'efficienza del volo dell'aereo e per il miglioramento del risparmio di carburante. Ad esempio, le pale delle turbine in lega di alluminio e titanio prodotte con la tecnologia di stampa 3D in metallo pesano quasi la metà delle pale convenzionali in lega a base di nichel, riducendo quindi notevolmente il consumo di carburante e le sostanze inquinanti.
Tagliare il ciclo di sviluppo e ridurre le spese.
La prototipazione rapida e la produzione su misura rese possibili dalla tecnologia di stampa 3D in metallo potrebbero ridurre notevolmente il ciclo di sviluppo delle pale delle turbine degli aerei. La stampa diretta di complicati disegni geometrici aiuta a eliminare diverse procedure e spese di stampaggio nei metodi di produzione convenzionali, riducendo quindi i costi di produzione. Inoltre, rispondendo alle esigenze di personalizzazione personalizzate del settore aeronautico, la tecnologia di stampa 3D in metallo può anche realizzare una produzione in piccoli lotti e in più varianti.
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