Hvordan fungerer metal 3D -udskrivning i fremstillingskomponenter under høj - temperaturforhold?

一, en stor ændring i materialernes kvaliteter: fra "umulig" til "superpræstation"
1. meget præcis kontrol af mikrostruktur
Den hurtige afkølingshastighed afMetal 3D -udskrivning(Op til 10 ³ - 10 ⁷ grader /s) har fuldstændigt forvandlet den måde, casting plejede at arbejde på, hvilket var ved dendritisk udvikling. Nikkel - baseret høj - temperaturlegeringer er et godt eksempel. Traditionelle metoder har brug for mange ugers kemisk homogeniseringsvarmebehandling på grund af dendritisk segregering. Imidlertid skaber 3D -udskrivning direkte små cellulære kornstrukturer, hvilket betyder, at homogeniseringsfasen ikke er nødvendig. Retningsvarmebehandling kan også nøjagtigt kontrollere størrelsen på 'faseudfældning ned til nanoskala -niveauet. NASA evaluerede 3D -trykt nikkel - baseret legeringsturbinblade og fandt, at de holdt 98% af deres oprindelige styrke ved en høj temperatur på 1600 grad. Dette er 15% stærkere end traditionelle smedninger.
2. komposit med en gradient af forskellige materialer
3D -udskrivning kan ændre sammensætningen af ​​materialer på en gradient måde for at imødekomme ydelsesbehovene i forskellige dele af høje - temperaturkomponenter. Et team skabte en kobolt - baseret/nikkel - baseret komposit turbinedisk, der både er krybning - resistent og har en lang træthedsliv på 1200 grader. De gjorde dette ved at bruge online pulverblandingsteknologi til at gøre kerneområdet på disken til en høj - styrke kobolt - baseret legering og kanten af ​​skiven en høj - temperatur - resistent nickel - baseret legering. Funktionen "One Materiale til flere anvendelser" reducerer omkostningerne ved et enkelt stykke med 40%, og den tid det tager at studere og fremstille det med 60%.
3. Lav nye legeringssystemer
Det kinesiske Academy of Sciences 'Institute of Metals -team brugte Laser Powder Bed Fusion (LPBF) -teknologi til at fremstille AL - Fe - V {- si - SC aluminiumlegering. Det har stadig en trækstyrke på 450MPa ved 400 grader, der fylder ydelsesgabet for traditionelle aluminiumslegeringer i 200-450 graders temperaturområde. Det vigtigste gennembrud er:
Amorf/krystallinsk kompositstruktur: Midt af smeltepuljen afkøles hurtigt og danner et amorf netværk, der gør det svært for dislokationer at rejse.
Multi - skala nedbørsfase Styrkelse: Al ₈ Fe ₂ Si, Al ₁ V og andre nano -faser arbejder sammen ved Al ∝ SC -interface for at stoppe grov ved høje temperaturer.
Skandiumelement Korngrænse Kontrol: SC -elementet forbedrer korn og holder korngrænser på plads, hvilket gør dem 70% mindre tilbøjelige til at revne, når de opvarmes.
2, Nye ideer i fremstillingsprocessen: Går fra "subtraktiv" til "additiv"
1. støbning af komplicerede strukturer i ét stykke
Tidligere krævede høje - temperaturkomponenter snesevis af trin for at sammensætte forskellige dele. Med 3D -udskrivning kan du dog direkte fremstille komplicerede funktioner som biomimetiske honningkomstrukturer og konform kølekanaler. Et bestemt luftfartsselskab fremstiller turbineblade, der er forbundet til en biomimetisk honningkomkølingsstruktur. Dette gør køling 40% mere effektiv og fordobler bladenes liv. Forbrændingskammerforingen på flysmotoren er trykt med dobbelt - lagkølingskanaler ved hjælp af elektronstråle -smeltningsteknologi (EBM). Efter at have været behandlet med varm isostatisk presning er den høje - temperatur krybning ydeevne så god som for smedning og bestå den 3000-timers bænkestest.
2. Letvægt og funktionel integration
3D -udskrivning kan gøre højt - temperaturdele 30% til 70% lettere gennem topologiske optimeringsdesign. Porsche 911 GT2 RS Racing Car har 3D -trykt titaniumlegeringsstempler, der har bygget - i kølekanaler. Disse kanaler forbedrer motorens output med 30 hestekræfter og skærer vægt med 15%. Vigtigere er det, at multi - materialetrykningsteknologi giver dig mulighed for at sætte elektroniske dele som sensorer og aktuatorer lige på metalunderlag, hvilket er, hvordan "strukturfunktionsinformation" opnås.
3. en revolution inden for vedligeholdelse og genfremstilling
3D -trykt instrueret energiaflejring (DED) -teknologi kan løse høje - temperaturdele med lokaliseret skade meget nøjagtigt. Laserbeklædningsteknik bruges af et bestemt kraftværk til at fikse gasturbineblade . 3 D -scanning af de ødelagte sektioner gør reparationsstien, og derefter smeltes det samme pulver lag for lag. Efter at have været fastgjort går Deles 'træthedsstyrke tilbage til 95% af den for nye dele, hvilket sparer 700.000 yuan hver reparation.
3, bruger og problemer i branchen: springet fra laboratoriet til industri
1. Luftfartsbranchen er den vigtigste slagmark
Luftfartsmotor: Springmotorens brændstofdyse fra GE -luftfart kombinerer 20 dele til en ved hjælp af 3D -udskrivning, hvilket gør det 200 grader mere modstandsdygtigt over for varme og fem gange længere - varig;
Rocket Engine: NASA testede et trykkammer lavet af 3D - trykt aluminiumslegering, der bruger en regenerativ kølemekanisme til at holde temperaturen på den indre væg under smeltepunktet. Denne øgede drivtæthed med 30%.
Hypersonic Aircraft: Et team har lavet en wolfram rheniumlegering hot end -del, der kan håndtere en pludselig høj temperatur på 3000 grader. Dette er vigtig materiel støtte til hypersoniske våben.
2. nye udviklinger inden for domæner for energi og industri
Gasturbin: Siemens Energy's 3D - Trykt forbrændingskammer for forbrændingskammeret forbedrer forbrændingseffektiviteten med 2% og skærer nitrogenoxidemissioner med 15% ved hjælp af et biomimetisk flowkanal design.
China National Nuclear Corporation's 3d - trykt zirconiumlegeringsbeklædningsrør til atomenergiudstyr er tre gange mere modstandsdygtigt over for korrosion i 400 graders høj - temperaturdamp, hvilket gør den fjerde generation af atomreaktor mere sikker.
Bosch har lavet en 3D -trykt turboladerrotor til bilindustrien, der gør rotoren 15% stærkere mod kryb og 40% hurtigere for at reagere på 1200 grader.
3. vigtige problemer og måder at løse dem på
Database med manglende materialer: Det kan tage op til to år at fremstille nye høje - temperaturlegeringer og en big data -infrastruktur til sporing af, hvor godt sammensætningsprocessen fungerer, skal indstilles.
Processtabilitetskontrol: Designet af en raketdyse har krævet over 200 ændringer til dens parametre og har brug for oprettelse af i - situ -overvågning og lukket - loop -kontrolsystemer;
Høje udgifter efter behandling: Turbine -disken skal gennemgå syv trin, såsom support, varmebehandling og bearbejdning. Dette koster 40% af de samlede omkostninger og involverer oprettelse af et ikke - behandlingsmaterialesystem.
Miljø- og sikkerhedsrisici: Behandling af affaldsmetalpulver koster 12% af driftsomkostningerne og nye metoder til genanvendelse og udskrivning med mindre støv skal foretages.