¿Cómo funciona la impresión 3D de metal en los componentes de fabricación en condiciones de temperatura -} altas?

一, un gran cambio en las cualidades de los materiales: de "imposible" a "súper rendimiento"
1. Control muy preciso de la microestructura
La velocidad de enfriamiento rápida deimpresión 3D de metal(hasta 10 ³ - 10 ⁷ grados /s) ha transformado por completo la forma en que se usa el lanzamiento para funcionar, que fue por desarrollo dendrítico. El níquel - basado en alto - Las aleaciones de temperatura son un buen ejemplo. Los métodos tradicionales necesitan muchas semanas de tratamiento térmico de homogeneización química debido a la segregación dendrítica. Sin embargo, la impresión 3D crea directamente estructuras de grano celular pequeñas, lo que significa que no se necesita la fase de homogeneización. El tratamiento térmico direccional también puede controlar con precisión el tamaño de la precipitación de fase hasta el nivel de nanoescala. La NASA evaluó las cuchillas de turbina de aleación basadas en níquel 3D impreso - y descubrió que mantenían el 98% de su fuerza original a una temperatura alta de 1600 grados. Esto es un 15% más fuerte que las paradas tradicionales.
2. Compuesto con un gradiente de diferentes materiales
La impresión 3D puede cambiar la composición de los materiales de una manera gradiente para satisfacer las necesidades de rendimiento de diferentes partes de componentes de temperatura - altos. Un equipo creó un cobalto - basado/níquel - basado en la turbina basado en la turbina que es resistente a la fluencia - y tiene una vida de fatiga larga a 1200 grados. Hicieron esto utilizando tecnología de mezcla de polvo en línea para hacer que el área central del disco sea una aleación basada en la potencia -} alta -}} -} y el borde del disco una temperatura alta -} - resistente -} basada. La función "Un material para usos múltiples" reduce el costo de una sola pieza en un 40% y el tiempo que lleva estudiarlo y producirlo en un 60%.
3. Hacer nuevos sistemas de aleación
El equipo del Instituto de Metales de la Academia de Ciencias de China usó la tecnología láser de lecho de polvo (LPBF) para hacer la Al - Fe - V - si - sc Aluminum Alloy. Todavía tiene una resistencia a la tracción de 450MPa a 400 grados, lo que llena el espacio de rendimiento de las aleaciones de aluminio tradicionales en el rango de temperatura de 200-450 grados. El avance principal es:
Estructura compuesta amorfa/cristalina: el centro de la piscina de fusión se enfría rápidamente, formando una red amorfa que dificulta viajar las dislocaciones.
Multi - Fortalecimiento de la fase de precipitación a escala: Al ₈ Fe ₂ Si, Al ₁ V y otras nano fases trabajan juntas en la interfaz Al ∝ SC para dejar de engranarse a altas temperaturas.
Elemento de escandio Control del límite de grano: el elemento SC refina los granos y mantiene límites de grano en su lugar, lo que los hace 70% menos propensos a agrietarse cuando se calientan.
2, nuevas ideas en el proceso de fabricación: pasar de "sustractivo" a "aditivo"
1. Moldado de estructuras complicadas en una sola pieza
En el pasado, hacer que los componentes de temperatura - requerían docenas de pasos para armar diferentes partes. Sin embargo, con la impresión 3D, puede hacer características complicadas directamente como estructuras biomiméticas de panal y canales de enfriamiento conformes. Cierta compañía aeroespacial hace cuchillas de turbina que están conectadas a una estructura de enfriamiento de panal biomimética. Esto hace que el enfriamiento sea 40% más efectivo y duplique la vida de las cuchillas. El revestimiento de la cámara de combustión del motor de la aeronave se imprime con canales de enfriamiento de la capa de doble -} utilizando tecnología de fusión de haz de electrones (EBM). Después de ser tratado con una prensado isostático caliente, el alto rendimiento de fluencia de temperatura - es tan bueno como el de las paradas y pasa la prueba de banco de 3000 horas.
2. Integración ligera y funcional
La impresión 3D puede hacer que las piezas de temperatura -} de temperatura 30% a 70% más livianas a través del diseño de optimización de topología. El auto de carreras Porsche 911 GT2 RS tiene pistones de aleación de titanio impresos en 3D que han construido - en canales de enfriamiento. Estos canales mejoran la salida del motor en 30 caballos de fuerza y ​​reducen el peso en un 15%. Más importante aún, la tecnología de impresión de material Multi - le permite colocar piezas electrónicas como sensores y actuadores directamente en sustratos de metal, que es cómo se logra la "inteligencia de la función de estructura".
3. Una revolución en mantenimiento y remanufactura
La tecnología de deposición de energía dirigida (DED) en 3D puede fijar piezas de temperatura -} con daño localizado con mucha precisión. La técnica de revestimiento láser es utilizada por una cierta planta de energía para fijar las cuchillas de turbina de gas . 3 D Escaneo de las secciones rotas hace que la ruta de reparación, y luego el mismo polvo se derrita en capa por capa. Después de ser reparado, la resistencia de la fatiga de las piezas se remonta al 95% de la de las piezas nuevas, lo que ahorra 700,000 yuanes cada reparación.
3, usos y problemas en la industria: el salto del laboratorio a la industria
1. La industria de la aeronave es el campo de batalla clave
Motor de aeronave: la boquilla de combustible del motor Leap de GE Aviation combina 20 partes en una usando impresión 3D, lo que lo hace 200 grados más resistente al calor y cinco veces más - duradero;
Motor de cohete: la NASA probó una cámara de empuje hecha de aleación de aluminio impreso 3D - que utiliza un mecanismo de enfriamiento regenerativo para mantener la temperatura de la pared interna debajo del punto de fusión. Este aumento de la densidad de empuje en un 30%.
Aeronave hipersónico: un equipo ha realizado una parte de extracción de aleación de renio de tungsteno que puede manejar una temperatura alta repentina de 3000 grados. Este es un importante apoyo material para las armas hipersónicas.
2. Nuevos desarrollos en los dominios de la energía y la industria
Turbina de gas: la cámara de combustión de turbina de gas impresa de Siemens Energy - la cámara de combustión de gas impresa mejora la eficiencia de la combustión en un 2% y reduce las emisiones de óxido de nitrógeno en un 15% mediante el uso de un diseño de canal de flujo biomimético.
El tubo de revestimiento de aleación de circonio impreso en 3D - de China National Corporation para equipos de energía nuclear es tres veces más resistente a la corrosión en 400 grados de altura - vapor de temperatura, lo que hace que el reactor nuclear de cuarta generación sea más seguro.
Bosch ha realizado un rotor de turbocompresor impreso en 3D para la industria automotriz que hace que el rotor sea un 15% más fuerte contra la fluencia y un 40% más rápido para responder a 1200 grados.
3. Problemas importantes y formas de resolverlos
Base de datos de materiales faltantes: puede llevar hasta dos años producir nuevas aleaciones de temperatura -} y una infraestructura de big data para rastrear qué tan bien funciona el proceso de composición.
Control de estabilidad del proceso: el diseño de una boquilla de cohete ha requerido más de 200 cambios en sus parámetros y necesita la creación de IN - Monitoreo situ y sistemas de control de bucle cerrado -;
Altos gastos después del procesamiento: el disco de turbina debe pasar por siete pasos, como soporte, tratamiento térmico y mecanizado. Esto cuesta el 40% del costo total e implica la creación de un sistema de material de procesamiento no -.
Riesgos ambientales y de seguridad: el procesamiento de los costos de polvo de metal residual del 12% de los costos operativos y los nuevos métodos para reciclar e imprimir con menos polvo deben hacerse.