Hvilke industrielle udstyrskomponenter er velegnede til 3D -udskrivning af høj - Strength -legeringsstål?

一, potentialet ved høj - styrke legeringsstål til 3D -trykt: Kombinationen af ​​materielle egenskaber og procesfordele
3D -udskrivningsmæssig anvendelighed af høj - styrke legeringsstål (f.eks. Martensitisk alderen stål 18NI300, H13 værktøjsstål, 4140 lav - legeringsstål) opstår fra deres karakteristiske metallurgiske egenskaber og synergistiske additive fremstillingsteknik:
Kontrolbarhed af mikrostruktur
3D -udskrivningens "lag efter lagsmeltning af hurtig størkning" -funktion kan aktivt regulere størrelsen og retningen på kornene i legeringsstål. For eksempel kan den selektive lasersmeltning (SLM) -procedure gøre kornene i 18NI300 martensitisk alderen stål mindre til mikrometerniveauet. Dette gør udbyttestyrken 30% stærkere end typiske smedningsmetoder. Institute of Metals ved det kinesiske videnskabsakademi fandt, at det at regulere varmebehandlingsprocessen meget godt kan forhindre porer i at danne og gøre titaniumlegering mere end 50% mere modstandsdygtig over for træthed. Denne metode kan også bruges til at forbedre kornstrukturen for høj - styrke legeringsstål.
Evnen til at fremstille komplicerede strukturer
Folk anvender ofte høje - styrke -legeringsstål til at fremstille dele, der kan håndtere meget tunge belastninger, sådanne turbinedisker til flysmotorer og trykbeholdere til atomkraftværker. Tidligere måtte fremstilling og svejsning udføres separat. Med 3D -udskrivning kan du dog fremstille komplicerede former som interiørhul og konform kølekanaler på én gang. NASA anvender Inconel 718, en nikkel - baseret legering med 18% krom og 9% molybdæn, for at gøre raketmotoredyser med 3D -udskrivning. Komponenterne forbliver strukturelt sunde ved høje temperaturer i 2000 grad, fordi til et permeabelt kølekanal -design. Dette er ikke muligt med almindelig casting.
Brug af materialer og sænkning af omkostninger
Ved hjælp af traditionel smedningsteknologi bruges kun 50% til 70% af materialet, men 3D -udskrivning kan bruge mere end 90%. For eksempel har ARUP brugt 3D -udskrivning til at fremstille forme i rustfrit stål til biler. Dette har skåret vægten af ​​hver del med 75%, mængden af ​​stål, der bruges med 30%, og produktionseffektiviteten med 10 gange. For høj - styrke legeringsstål som H13 -værktøjsstål, der koster 800 yuan pr. Kg, ved hjælp af mindre materiale betyder store besparelser på omkostningerne.
2, Almindelig brugssag: Industriel brug af 3D -udskrivning til at fremstille høj - STYRKELOLYSTEL
1. Aerospace: Et dobbelt gennembrud i let og højt - Styrkefly -motordele. Platinum Lite fremstiller en høj - temperaturlegeringssag for luftfartsindustrien ved anvendelse af GH3039 nikkel - baseret legering, som har 20% CR og 13% Co. ved at bruge topologioptimeringsdesign, nedsættes vægten med 40%, mens de stadig opfylder kravene til krybbestandighed ved en høj temperatur på 1000 grad.
Dele af et rumfartøjs struktur: Professor Zhang Haious team har skabt den "integrerede casting, smedning og fræsning" 3D -udskrivningsteknologi. Denne teknologi har lavet højt - styrke -aluminiumslegeringsdele, der er 500 cm lange, inklusive landingsudstyr og belastning - lejestruktur af C919 -flyet. Denne teknologi foretager casting-, smedning- og fræsningsprocesser på samme tid. Dette gør delene dobbelt så stærke mod træthed og skærer fremstillingstiden med 60% sammenlignet med traditionelle metoder.
2. Energi og kemisk industri: En garanti for korrosionsmodstand og stabilitet ved høje temperaturer
Atomkraftværktøjer: Delt udstyr anvender klæbende sprøjtningsteknik til 3D Print Nuclear Power Steel (sådan SA - 508 gr.3 lavlegeret stål) og slipper af med indre porer ved varm isostatisk presning (HIP) efter faktum. Komponenterne kan modstå 360 grader og 17,2 MPa uden korrodering, hvilket opfylder ASTM A923 -kriterier. Dette betyder, at typiske støbegods kan vare tre gange længere.
Olie- og gasekstraktion: Schlumberger anvender elektronstråle -smeltningsteknologi (EBM) til 3D -printstik til dyb - SEA -boreplatforme. Stikene er lavet af 4140 Low - legeringsstål, som har 1% CR og 0,5% mo. Vakuumprint slipper af urenheder og gør delene 50% hårdere ved -40 -grader, hvilket er, hvad olie- og gasudvikling i de arktiske cirkelbehov.
3. Automotive Manufacturing: En ny måde at gøre tingene lette og nyttige
Electric Car Battery Pack: Volvo brugte koldt spray metal 3D -udskrivningsteknologi til at fremstille batteripakkebeslag. De brugte H13 -værktøjsstål (som har 5% CR og 1,5% V) og en biomimetisk gitterstrukturdesign. Effektenergiabsorptionskapaciteten er øget, og vægten er blevet skåret med 35%. Dette opfylder kollisionssikkerhedsbestemmelserne for elektriske køretøjer.
Motor med høj ydeevne: Ventilsædets ringe i BMW M - -serien Motor er lavet af titanlegering (Ti - 6al-4v), der er blevet trykt i 3D. Ringerne er derefter belagt med nikkelbaseret wolframcarbid gennem overfladelaserbeklædning. Sammenlignet med standardpulvermetallurgi -metoder er delene fire gange mere resistente over for at bære ved temperaturer på 900 grader og sidste otte gange længere.
3, tekniske problemer og mulige løsninger: vigtige problemer, der skal løses, før laboratorier kan blive fabrikker
3D -udskrivning af høj - Strength -legeringsstål giver en masse løfte, men der er stadig tre hovedproblemer, der skal løses, før det kan bruges i stor skala:
Kontrol af omkostninger og udskrivningshastighed
Det tager stadig 6 til 8 timer at udskrive en stor del, som en luftfartsmotorskal. Omkostningerne ved afskrivning og pulver gør produktionsomkostningerne 3 til 5 gange højere end tidligere metoder. Platinum BLT - S800 Multi - Laserhoved Paralleludskrivningsteknologi kan gøre tingene tre gange mere effektive, og metalpulvergenvindingsteknologien kan sænke omkostningerne ved råvarer med 40%.
Kontrol af resterende stress og deformation
Når høj - styrkestål stål afkøles hurtigt, kan det forårsage resterende stress, hvilket kan få dele til at bøje eller knuse. Addup- og ECM -gruppen arbejdede sammen for at skabe en varmebehandlingsopløsning, der sænker resterende stress i Inconel 718 -legeringsdele med 70% og holder deformation til under 0,1 mm gennem iscenesat annealing (500 graders isolering i 2 timer + 700 grad af aldring af grad i 4 timer).
Forøgelse af antallet og slags materialer
Right now, there are only a little over ten mature 3D-printed high-strength alloy steels. These steels are hard to use in really harsh conditions, such very high temperatures (>1200 grad) og signifikant korrosion (som i fugtige H2S -miljøer). Oprettelsen af ​​nye metalkeramiske kompositmaterialer, sådan tic - 18NI300, skubber grænserne for materialer. Det kan blive så hårdt som HRC 65, som er 50% hårdere end rene metaller. Dette gør det godt til at fremstille dele, der ikke slides på dybhavsboringsplatforme.