L'impression métal 3D peut-elle améliorer la stabilité de l'équipement dans des environnements de vibration élevés?

一, Autonomisation technique: Logique pour concevoir un équipement de reconstruction d'impression 3D en métal stable
1. Optimisation de la topologie et structure du réseau: passant de la "réduction des vibrations passives" en "absorption active des vibrations"
Les moyens traditionnels de réduire les vibrations de l'équipement comprennent des pièces extérieures comme les coussins en caoutchouc et les ressorts, qui prennent de la place et peuvent s'user avec le temps. À l'aide des algorithmes d'optimisation de topologie, l'impression métal 3D peut créer des structures de réseau biomimétique (comme les structures en nid d'abeille, réseau et gradient en spirale) à l'intérieur du dispositif en fonction de facteurs tels que la fréquence des vibrations et la distribution des contraintes. Cela permet une intégration profonde de la structure et de la fonction.
Par exemple, une entreprise a utilisé la technologie SLM pour imprimer une structure de réseau en alliage en titane pour la roue de la pompe de refroidissement d'une centrale nucléaire. L'amplitude des vibrations a été réduite de 40%, et les propriétés d'amortissement des unités de réseau ont absorbé l'énergie de vibration à l'intérieur de la structure au lieu de l'envoyer à des parties importantes. Cela a maintenu les performances de dynamique des fluides. L'équipe de l'Université Central South a également utilisé la technologie PEP (Powder Extrusion Additive Manufacturing) pour fabriquer un alliage dur de gradient à double matériau 93W / 96W. Cet alliage a pu gérer la transition du gradient de contrainte sous charge de vibration en répartissant uniformément la phase à l'interface, qui a empêché les fissures de fatigue de se former dans les structures de soudage traditionnelles.
2. Multi - Impression composite de matériau: passant de "Performance unique" à "Intégration du système"
L'équipement de vibration élevé - doit souvent trouver un équilibre entre être léger, fort et résistant à la rouille. Les méthodes traditionnelles doivent assembler de nombreuses parties différentes, mais l'impression en métal 3D vous permet de déposer différents matériaux dans un dégradé, ce qui vous permet de zoner les performances en une seule partie. Par exemple, la sublimation 3D utilise un système de buse jumeau séparé pour imprimer à la fois des substrats en alliage de température à base de nickel - - et des revêtements de barrière thermique en alliage en tungstène sur les lames de turbine des moteurs d'avion en même temps. La résistance à la fatigue thermique des lames est triplée et leur poids est réduit de 15% dans un environnement de vibration de température élevé - de 1200 degrés. En effet, les nanoparticules se connectent plus fortement au contact. De la même manière, le laser Baochen Xin utilise un seul mode - / Multi - Mode réglable Design de lumière pour imprimer une couche d'alliage de chrome cobalt à la surface de la cavité du moule qui est très difficile. La zone centrale utilise un alliage d'aluminium léger pour absorber rapidement l'énergie des vibrations sur la couche de surface dure. Cela réduit l'inertie globale et réduit les sources d'excitation des vibrations.
3. Réduire les défauts et maintenir les performances cohérentes: passer de "essais et erreurs" à "contrôle précis"
L'environnement de vibration est très sensible aux défauts des matériaux, et les méthodes traditionnelles laissent souvent des défauts comme les pores et les fissures en raison des contraintes de moisissure. Cela raccourcit la vie de fatigue du matériau. L'ajustement des paramètres du processus et la technologie de surveillance en ligne peuvent rendre l'impression 3D en métal beaucoup mieux pour rendre les matériaux plus denses et plus cohérents dans les performances. Par exemple, l'Université du Wisconsin Madison a ajouté 4,4 nanoparticules TIC% tic à la poudre d'alliage en aluminium Al6061 pour abaisser la rugosité de surface des pièces imprimées SLM de 20 μm à 2,1 μm. Cela a fonctionné parce que les nanoparticules stabilisent les fluctuations de la piscine de fonte. La porosité s'est approchée de zéro et la taille des grains est devenue beaucoup plus petite, ce qui a fait augmenter la limite de fatigue du matériau de 50% lorsqu'il vibrait à des fréquences élevées. De plus, les machines Lim -} X de Leiming Laser sont livrées avec une technologie de balayage collaborative laser multi - et un contrôle de rétroaction du temps réel -. Lors de l'impression de grands pièces structurelles en spirale en alliage en alliage en titane, le désalignement intercouche est maintenu à moins de ± 0,05 mm pour s'assurer que la structure reste forte même lorsqu'elle est vibrée.
2, ce que font les entreprises: utilisations courantes pour la stabilité dans l'impression en métal 3D
1. Aerospace: "survie légère" par endroits avec beaucoup de vibrations
Les moteurs pour les plans, les boosters de fusée et d'autres équipements doivent fonctionner pendant longtemps sous des vibrations de fréquence très chaudes et très élevées -. Parce qu'ils sont si lourds, les lames en alliage basées sur le nickel traditionnel - sont susceptibles d'échouer en raison de la résonance. À l'aide de la technologie SLM, GE Aviation imprime les buses de carburant du moteur Leap qui combinent 20 pièces en une seule pièce grâce à une conception intégrée. Cela rend les buses plus légères de 25%. Le canal de refroidissement intérieur a un arbre - comme une structure qui imite la nature. Cela rend la vibration - une contrainte thermique induite plus uniformément et étend la durée de vie de la buse à trois fois celle des méthodes standard. Les pièces en alliage de tungstène de sublimation 3D pour les propulseurs d'espace utilisent également la technologie PEP pour résoudre le problème de la déformation métallique qui est difficile à faire fondre. Ils peuvent rester stables, même dans un environnement de vibration de température élevé - de 3000 degrés, ce dont les missions d'exploration de la profondeur ont besoin.
2. Transit ferroviaire: "double garantie" de la sécurité pour la structure, la réduction du bruit et la réduction des vibrations
Les bogies de rail de vitesse élevés -, les boîtes de vitesses et les autres pièces sont exposés à une vibration d'impact et de moteur de piste pendant longtemps. Les systèmes soudés traditionnels sont plus susceptibles d'avoir des problèmes de sécurité car ils peuvent se séparer de la fatigue. La Chine CRRC imprime les traverses pour les bogies en alliage en titane à l'aide de la technologie SLM. La masse est coupée de 30% par optimisation de topologie, et la structure du réseau absorbe l'énergie des vibrations à l'intérieur du faisceau, ce qui rend le bruit à l'intérieur du chariot 5dB plus silencieux. Dans le même temps, le laser Baochenxin utilise la technologie d'impression composite Multi - pour mettre un revêtement en alliage de chrome de cobalt avec une dureté élevée à la surface de l'engrenage lors de la fabrication de boîtes de vitesses en transit ferroviaire. La zone centrale utilise une matrice en alliage en aluminium pour séparer la source de vibration (maillage de vitesse) de la structure qui maintient la charge, ce qui réduit le taux de défaillance de la boîte de vitesses de 70%.
3. Équipement énergétique: la puissance nucléaire et éolienne a une "mise à niveau des vibrations anti -".
Les pompes principales de centrales nucléaires et les engrenages d'éoliennes, par exemple, doivent travailler par endroits avec beaucoup de vibrations et de rayonnements. Les matériaux traditionnels sont susceptibles d'échouer en raison du couplage des vibrations de corrosion. CGN utilise l'impression 3D en métal pour faire une copie du corps de soupape d'énergie nucléaire. La durée de vie du corps de la valve passe de 5 ans à 15 ans dans un environnement avec une accélération de vibration de la 5G et une dose de rayonnement de 10 ⁶ Gy. Cela se fait en affiner la structure du canal d'écoulement pour réduire l'excitation des vibrations de fluide et utiliser des matériaux en alliage à base de nickel - pour le rendre plus résistant à la corrosion. Siemens Gamesa utilise la technologie SLM pour imprimer des transporteurs planétaires pour les boîtes de vitesses dans l'industrie éolienne. La conception légère réduit le moment d'inertie de 40% et la structure du réseau interne absorbe l'énergie des vibrations à l'intérieur du support. Cela rend la transmission de la boîte de vitesses 3% plus efficace et prolonge la période entre les échecs à 20 000 heures.