In che modo la stampa 3D in metallo funziona nei componenti di produzione in condizioni di temperatura alte -?

一, un grande cambiamento nelle qualità dei materiali: da "impossibile" a "super performance"
1. Controllo molto preciso della microstruttura
La velocità di raffreddamento veloce diStampa 3D in metallo(Fino a 10 ³–10 ⁷ gradi /s) ha completamente trasformato il modo in cui il casting era usato per lavorare, che era per sviluppo dendritico. Nickel - basate su - Le leghe di temperatura sono un buon esempio. I metodi tradizionali richiedono molte settimane di omogeneizzazione chimica trattamento termico a causa della segregazione dendritica. Tuttavia, la stampa 3D crea direttamente strutture a grano cellulare, il che significa che la fase di omogeneizzazione non è necessaria. Il trattamento termico direzionale può anche controllare con precisione le dimensioni delle "precipitazioni di fase fino al livello di nanoscala. La NASA ha valutato il nichel stampato in 3D - le lame di turbina in lega e hanno scoperto che hanno mantenuto il 98% della loro resistenza originale ad alta temperatura di 1600 gradi. Questo è il 15% più forte dei conflitti tradizionali.
2. Composito con un gradiente di materiali diversi
La stampa 3D può cambiare la composizione dei materiali in modo gradiente per soddisfare le esigenze di prestazione di diverse parti di componenti di temperatura - alti. Un team ha creato un disco di turbina composita basato su cobalt - -- che è sia creep - che ha una lunga durata a fatica a 1200 gradi. Lo hanno fatto usando la tecnologia di miscelazione di polveri online per rendere l'area centrale del disco una talpa - cobalt di forza - in lega e il bordo del disco una lega a nichelo resistente --. La funzionalità "One Material for Multiple Usi" riduce il costo di un singolo pezzo del 40% e il tempo necessario per studiarlo e produrlo del 60%.
3. Realizzare nuovi sistemi in lega
Il team Chinese Academy of Sciences 'Institute of Metals ha usato la tecnologia Laser Powder Bed Fusion (LPBF) per rendere Al - Fe - V - Si - SC Aluminum Aliy. Ha ancora una resistenza alla trazione di 450 MPA a 400 gradi, che colma il divario di prestazione delle tradizionali leghe di alluminio nell'intervallo di temperatura di 200-450 gradi. La svolta principale è:
Struttura composita amorfa/cristallina: il centro della piscina di fusione si raffredda rapidamente, formando una rete amorfa che rende difficile il viaggio per le lussazioni.
Multi - Rafforzamento della fase di precipitazione della scala: Al ₈ Fe ₂ Si, Al ₁ V e altre nano fasi lavorano insieme all'interfaccia Al ∝ SC per fermare il grossolano ad alte temperature.
Elemento scandium Controllo del cerebrale: l'elemento SC perfeziona i cereali e tiene in posizione i confini del grano, rendendoli il 70% in meno di probabilità di rompersi quando riscaldati.
2, nuove idee nel processo di produzione: passare da "sottrattivo" a "additivo"
1. Mormatura di strutture complicate in un unico pezzo
In passato, realizzare i componenti di temperatura - alti hanno richiesto dozzine di passaggi per mettere insieme parti diverse. Con la stampa 3D, tuttavia, è possibile realizzare direttamente funzionalità complicate come strutture a nido d'ape biomimetiche e canali di raffreddamento conformi. Una certa azienda aerospaziale produce lame di turbine collegate a una struttura di raffreddamento a nido d'ape biomimetica. Ciò rende il raffreddamento del 40% più efficace e raddoppia la vita delle lame. La fodera della camera di combustione del motore dell'aeromobile è stampato con i canali di raffreddamento a livello doppio - utilizzando la tecnologia EBM (Electron Beam Melting (EBM). Dopo essere stata trattata con pressatura isostatica calda, l'alta prestazione di scorrimento della temperatura - è buona quanto quella dei forgiamenti e supera il test da banco di 3000 ore.
2. Integrazione leggera e funzionale
La stampa 3D può rendere le parti di temperatura - alte- dal 30% al 70% più leggere attraverso la progettazione di ottimizzazione della topologia. La Porsche 911 GT2 RS Racing Car ha pistoni in lega di titanio stampati in 3D che hanno costruito - nei canali di raffreddamento. Questi canali migliorano la produzione del motore di 30 cavalli e riducono il peso del 15%. Ancora più importante, la tecnologia di stampa materiale multi - ti consente di mettere parti elettroniche come sensori e attuatori direttamente su substrati metallici, che è il modo in cui si ottiene "intelligenza della funzione struttura".
3. Una rivoluzione nella manutenzione e nella rigenerazione
La tecnologia DED (Directed Energy Deposition (DED) 3D può correggere parti di temperatura - con danni localizzati in modo molto accurato. La tecnica del rivestimento laser viene utilizzata da una determinata centrale elettrica per fissare le lame della turbina a gas . 3 D Scansione delle sezioni rotte rende il percorso di riparazione, quindi la stessa polvere è uno strato fuso per strato. Dopo essere stata fissata, la resistenza alla fatica delle parti risale al 95% di quella di nuove parti, che consente di risparmiare 700.000 yuan ogni riparazione.
3, usi e problemi nel settore: il salto dal laboratorio all'industria
1. L'industria dell'aeromobile è il campo di battaglia chiave
Motore aeronautico: l'ugello del carburante del motore Leap di GE Aviation combina 20 parti in una utilizzando la stampa 3D, rendendolo 200 gradi più resistenti al calore e cinque volte più lungo - duratura;
Motore di razzo: la NASA ha testato una camera di spinta realizzata in lega di alluminio stampata 3D - che utilizza un meccanismo di raffreddamento rigenerativo per mantenere la temperatura della parete interna sotto il punto di fusione. Questo aumento della densità di spinta del 30%.
Aerei ipersonici: una squadra ha realizzato una parte calda in lega di renio in tungsteno in grado di gestire un'alta temperatura improvvisa di 3000 gradi. Questo è un importante supporto materiale per le armi ipersoniche.
2. Nuovi sviluppi nei settori dell'energia e dell'industria
Turbina a gas: la camera di combustione a gas a gas di Siemens Energy - migliora l'efficienza della combustione del 2% e taglia le emissioni di ossido di azoto del 15% usando un design del canale di flusso biomimetico.
Il tubo di rivestimento in lega di zirconio stampato per le apparecchiature di energia nucleare è tre volte più resistente alla corrosione è più resistente alla corrosione di 400 gradi, il vapore di temperatura di quarta generazione è più resistente alla corrosione, rendendo il vapore di temperatura di quarta generazione di 400 gradi.
Bosch ha realizzato un rotore per turbocompressore stampato in 3D per l'industria automobilistica che rende il rotore del 15% più forte contro il creep e il 40% più veloce per rispondere a 1200 gradi.
3. Problemi importanti e modi per risolverli
Database di materiali mancanti: possono essere necessari fino a due anni per produrre nuove leghe di temperatura - e un'infrastruttura di big data per il monitoraggio di quanto il processo di composizione deve essere impostato.
Controllo della stabilità del processo: la progettazione di un ugello di razzo ha richiesto oltre 200 modifiche ai suoi parametri e necessita della creazione di in - monitoraggio in situ e chiusure - Sistemi di controllo Loop;
Spese elevate dopo l'elaborazione: il disco della turbina deve passare attraverso sette passaggi, come supporto, trattamento termico e lavorazione. Ciò costa il 40% del costo complessivo e comporta la creazione di un sistema di materiali di elaborazione non -.
Rischi ambientali e di sicurezza: l'elaborazione di polvere di metallo di rifiuti costa il 12% dei costi operativi e nuovi metodi per il riciclaggio e la stampa con meno polvere.