Metal 3D baskı, yüksek - sıcaklık koşulları altında üretim bileşenlerinde nasıl performans gösterir?

一, malzemelerin niteliklerinde büyük bir değişiklik: "imkansız" dan "süper performansa"
1. Mikroyapının çok hassas kontrolü
Hızlı soğutma oranıMetal 3D baskı(10 ³ - 10 -derece /s), dendritik gelişimle yapılan dökümün çalışma şeklini tamamen değiştirmiştir. Nikel - tabanlı yüksek - sıcaklık alaşımları iyi bir örnektir. Geleneksel yöntemler, dendritik ayrışma nedeniyle haftalarca kimyasal homojenleştirme ısıya ihtiyaç duyar. Bununla birlikte, 3D baskı doğrudan küçük hücresel tahıl yapıları oluşturur, bu da homojenleştirme fazına ihtiyaç duyulmadığı anlamına gelir. Yönlü ısıl işlem ayrıca nano ölçekli seviyeye kadar faz yağışının boyutunu tam olarak kontrol edebilir. NASA, 3D baskılı nikel - tabanlı alaşım türbin bıçaklarını değerlendirdi ve orijinal güçlerinin% 98'ini 1600 derecelik yüksek bir sıcaklıkta tuttuklarını buldu. Bu, geleneksel pazarlardan% 15 daha güçlüdür.
2. Farklı malzemelerin gradyanı ile kompozit
3D baskı, yüksek - sıcaklık bileşenlerinin farklı bölümlerinin performans ihtiyaçlarını karşılamak için malzemelerin bileşimini gradyan olarak değiştirebilir. Bir ekip, hem sünme - dirençli hem de 1200 derecede uzun bir yorgunluk ömrüne sahip bir kobalt - tabanlı/nikel - tabanlı kompozit türbin disk oluşturdu. Bunu, diskin çekirdek alanını yüksek - mukavemetli kobalt - tabanlı alaşım ve yüksek -} sıcaklık - dirençli nikel - tabanlı alaşımı yapmak için çevrimiçi toz karıştırma teknolojisini kullanarak yaptılar. "Çoklu kullanımlar için bir malzeme" özelliği, tek bir parçanın maliyetini% 40 oranında ve onu% 60 oranında incelemek ve üretmek için gereken süreyi azaltır.
3. Yeni alaşım sistemleri yapmak
Çin Bilimler Akademisi Metaller Enstitüsü ekibi, al - fe - v - si - sc alüminum alaşımı yapmak için lazer toz yatak füzyonu (LPBF) teknolojisini kullandı. Hala 400 derecede 450MPa'lık bir gerilme mukavemetine sahiptir, bu da 200-450 derece sıcaklık aralığında geleneksel alüminyum alaşımlarının performans boşluğunu doldurur. Ana atılım:
Amorf/kristal kompozit yapı: Eriyik havuzunun merkezi hızlı bir şekilde soğur ve çıkıkların seyahat etmesini zorlaştıran amorf bir ağ oluşturur.
Multi - Ölçekli yağış fazı güçlendirme: Al ₈ fe ₂ si, al ₁ v ve diğer nano fazları, yüksek sıcaklıklarda kaba olmayı durdurmak için AL ∝ SC arayüzünde birlikte çalışır.
Skandiyum elemanı tane sınır kontrolü: SC elemanı tahılları rafine eder ve tahıl sınırlarını yerinde tutar, bu da ısıtıldığında% 70'i çatlama olasılığını% 70 daha az hale getirir.
2, Üretim Sürecinde Yeni Fikirler: "Dışarıdan" "Katkı Maddesi" e Gitmek
1. Karmaşık yapıların tek parça halinde kalıplanması
Geçmişte, yüksek - sıcaklık bileşenlerinin farklı parçaları bir araya getirmesi için düzinelerce adım gerektirmesi. Bununla birlikte, 3D baskı ile doğrudan biyomimetik petek yapıları ve konformal soğutma kanalları gibi karmaşık özellikler yapabilirsiniz. Belirli bir havacılık şirketi, biyomimetik petek soğutma yapısına bağlı türbin bıçakları yapar. Bu, soğumayı% 40'ı daha etkili hale getirir ve bıçakların ömrünü iki katına çıkarır. Uçak motorunun yanma odası astarı, elektron ışını eritme (EBM) teknolojisi kullanılarak çift - katman soğutma kanalları ile basılmıştır. Sıcak izostatik presle tedavi edildikten sonra, yüksek - sıcaklık sürünme performansı, ambalajlar kadar iyidir ve 3000 saatlik tezgah testini geçer.
2. Hafif ve fonksiyonel entegrasyon
3D baskı, topoloji optimizasyonu tasarımı yoluyla yüksek - sıcaklık parçalarını% 30 ila% 70 daha hafif yapabilir. Porsche 911 GT2 RS yarış otomobili, soğutma kanallarında - üreten 3D baskılı titanyum alaşım pistonlarına sahiptir. Bu kanallar motor çıkışını 30 beygir gücü ile artırır ve ağırlığı%15 oranında azaltır. Daha da önemlisi, multi - Malzeme baskı teknolojisi, sensörler ve aktüatörler gibi elektronik parçaları metal substratlara doğru koymanızı sağlar, bu da "yapı işlevi zekası" nı elde edilir.
3. Bakım ve yeniden üretimde bir devrim
3D baskılı yönlendirilmiş enerji birikimi (DED) teknolojisi, yüksek - sıcaklık parçalarını lokalize hasarla çok doğru bir şekilde sabitleyebilir. Lazer kaplama tekniği, belirli bir elektrik santrali tarafından gaz türbin bıçaklarını sabitlemek için kullanılır . 3 d Kırık bölümlerin taranması onarım yolunu yapar ve daha sonra aynı toz katman tabakasına göre eritilir. Düzeltildikten sonra, parçaların yorgunluk gücü, her onarım 700.000 yuan tasarrufu sağlayan yeni parçaların% 95'ine kadar uzanır.
3, Sektördeki Kullanımlar ve Sorunlar: Laboratuardan Sektöre Atlama
1. Uçak endüstrisi kilit savaş alanıdır
Uçak Motoru: GE Aviation'dan Sıçrama Motoru Yakıt Nozulu, 3D baskı kullanarak 20 parçayı bir araya getirerek 200 dereceye daha dirençli ve beş kat daha uzun - kalıcı;
Roket Motoru: NASA, iç duvarın sıcaklığını erime noktasının altında tutmak için rejeneratif bir soğutma mekanizması kullanan 3D - baskılı alüminyum alaşımından yapılmış bir itme odasını test etti. Bu, itme yoğunluğunu%30 artırdı.
Hipersonik Uçak: Bir ekip, ani yüksek sıcaklığı 3000 derecelik halledebilen bir tungsten renium alaşımı sıcak son kısmı yaptı. Bu, hipersonik silahlar için önemli malzeme desteğidir.
2. Enerji ve Sanayi alanlarındaki yeni gelişmeler
Gaz Türbini: Siemens Energy's 3D - Basılı gaz türbini yanma odası, yanma verimliliğini% 2 artırır ve bir biyomimetik akış kanalı tasarımı kullanılarak azot oksit emisyonlarını% 15 azaltır.
Çin Ulusal Nükleer Şirketi'nin nükleer enerji ekipmanı için 3D - basılı zirkonyum alaşım tüpü, 400 derece yüksek -} sıcaklık buharında korozyona üç kat daha dirençlidir, bu da dördüncü nesil nükleer reaktörün güvenli hale getirilmesi.
Bosch, otomotiv endüstrisi için 3D baskılı turboşarj rotoru yaptı ve bu da rotorun sürüngeye karşı% 15'i daha güçlü ve 1200 derecede yanıt vermesi% 40 daha hızlı hale getirdi.
3. Onları çözmenin önemli problemleri ve yolları
Eksik Malzemelerin Veritabanı: Yeni yüksek - sıcaklık alaşımları ve kompozisyon sürecinin ne kadar iyi kurulması gerektiğini izlemek için büyük bir veri altyapısı üretmek iki yıl kadar sürebilir.
Proses Kararlılığı Kontrolü: Bir roket memesinin tasarımı, parametrelerinde 200'den fazla değişiklik gerektirmiştir ve - situ izleme ve kapalı - döngü kontrol sistemlerinin oluşturulması gerekir;
İşlemden sonra yüksek masraflar: Türbin diskinin destek, ısı işlemi ve işleme gibi yedi adımdan geçmesi gerekir. Bu, toplam maliyetin% 40'ına mal olur ve - işleme malzeme sisteminin oluşturulmasını içerir.
Çevre ve güvenlik riskleri: Atık metal tozunun işlenmesi, operasyonel maliyetlerin% 12'sini ve daha az tozla geri dönüşüm ve baskı için yeni yöntemlerin yapılması gerekmektedir.