Comment l'impression métal 3D fonctionne-t-elle dans les composants de fabrication dans des conditions de température élevées -?

一, un grand changement dans les qualités des matériaux: de "impossible" à "super performance"
1. Contrôle très précis de la microstructure
Le taux de refroidissement rapide deImpression en métal 3D(Jusqu'à 10 ³–10 ⁷ degrés / s) a entièrement transformé la façon dont le casting a utilisé pour travailler, ce qui était par développement dendritique. Nickel - Les alliages de température élevés basés sur High - sont un bon exemple. Les méthodes traditionnelles ont besoin de plusieurs semaines de traitement thermique d'homogénéisation chimique en raison de la ségrégation dendritique. Cependant, l'impression 3D crée directement de petites structures de grains cellulaires, ce qui signifie que la phase d'homogénéisation n'est pas nécessaire. Le traitement thermique directionnel peut également contrôler avec précision la taille des précipitations de phase jusqu'au niveau à l'échelle nanométrique. La NASA a évalué 3D imprimé en nickel - les lames de turbine en alliage basées et a constaté qu'ils maintenaient 98% de leur résistance d'origine à une température élevée de 1600 degrés. Ceci est 15% plus fort que les pièces forgées traditionnelles.
2. Composite avec un gradient de différents matériaux
L'impression 3D peut modifier la composition des matériaux de manière dégradée pour satisfaire les besoins de performance de différentes parties des composants de température - élevés. Une équipe a créé un disque de turbine composite basé sur Cobalt- / nickel - qui est à la fois résistant au fluage - et a une longue durée de vie à 1200 degrés. Ils l'ont fait en utilisant la technologie de mélange de poudre en ligne pour faire de la zone centrale du disque un alliage basé sur la résistance - élevé - - alliage et le bord du disque A High - Température - Nickel - Alloy à base de nickel. La fonction «un matériau pour plusieurs utilisations» réduit le coût d'une seule pièce de 40% et le temps nécessaire pour étudier et le produire de 60%.
3. Faire de nouveaux systèmes en alliage
L'équipe de l'Institut des métaux de l'Académie chinoise des sciences a utilisé la technologie Laser Powder Bed Fusion (LPBF) pour faire de l'AL - fe - v - Si - Sc Aluminium Alloy. Il a toujours une résistance à la traction de 450 MPa à 400 degrés, ce qui comble l'écart de performance des alliages d'aluminium traditionnels dans la plage de température de 200 à 450 degrés. La principale percée est:
Structure composite amorphe / cristalline: Le centre de la piscine de fonte se refroidit rapidement, formant un réseau amorphe qui rend difficile pour les dislocations de voyager.
Multi - Scale Precipitation Phase Renforcening: Al ₈ Fe ₂ SI, Al ₁ V et d'autres phases nano fonctionnent ensemble à l'interface Al ∝ SC pour arrêter le grossissement à des températures élevées.
Contrôle des limites des grains d'élément Scandium: L'élément SC affine les grains et maintient les joints de grains en place, ce qui les rend 70% moins susceptibles de se fissurer lorsqu'ils sont chauffés.
2, nouvelles idées dans le processus de fabrication: passer de "soustractif" à "additif"
1. Moulage de structures compliquées en une seule pièce
Dans le passé, la fabrication de composants de température élevés - nécessitait des dizaines de étapes pour assembler différentes parties. Avec l'impression 3D, cependant, vous pouvez dire directement des caractéristiques complexes comme les structures en nid d'abeille biomimétique et les canaux de refroidissement conformes. Une certaine entreprise aérospatiale fabrique des lames de turbine qui sont connectées à une structure de refroidissement en nid d'abeille biomimétique. Cela rend le refroidissement 40% plus efficace et double la durée de vie des lames. La doublure de la chambre de combustion du moteur d'avion est imprimée avec des canaux de refroidissement doubles - en utilisant la technologie de fusion de faisceau d'électrons (EBM). Après avoir été traité avec une pression isostatique chaude, les performances élevées de fluage de température - sont aussi bonnes que celles des pièces forgées et réussissent le test de banc de 3000 heures.
2. Intégration légère et fonctionnelle
L'impression 3D peut rendre les pièces de température élevées - 30% à 70% plus légères grâce à la conception d'optimisation de la topologie. La voiture de course Porsche 911 GT2 RS a des pistons en alliage en titane imprimé 3D qui ont construit - dans les canaux de refroidissement. Ces canaux améliorent la production du moteur de 30 chevaux et réduisent le poids de 15%. Plus important encore, la technologie d'impression des matériaux multi - vous permet de mettre des pièces électroniques comme des capteurs et des actionneurs directement sur des substrats métalliques, ce qui est de savoir comment la "structure de l'intelligence de la fonction" est réalisée.
3. Une révolution de la maintenance et de la remise à neuf
La technologie de dépôt d'énergie dirigé par 3D (DED) peut corriger les pièces de température - élevées avec des dommages localisés très précisément. La technique de revêtement laser est utilisée par une certaine centrale pour réparer les lames de turbine à gaz . 3 d à balayage Les sections cassées font le chemin de réparation, puis la même poudre est fondue par couche. Après avoir été réparé, la résistance à la fatigue des pièces remonte à 95% de celle de nouvelles pièces, ce qui permet d'économiser 700 000 yuans à chaque réparation.
3, Utilisations et problèmes dans l'industrie: le saut du laboratoire à l'industrie
1. L'industrie des avions est le champ de bataille clé
Moteur d'avion: La buse de carburant du moteur de LEAP de GE Aviation combine 20 pièces en une en utilisant l'impression 3D, ce qui le rend 200 degrés plus résistants à la chaleur et cinq fois plus long -;
Moteur à fusée: la NASA a testé une chambre de poussée en alliage d'aluminium imprimé 3D - qui utilise un mécanisme de refroidissement régénératif pour maintenir la température de la paroi intérieure sous le point de fusion. Cela a augmenté la densité de poussée de 30%.
Aircraft hypersonique: Une équipe a fait une partie à chaud en alliage en alliage au rhénium en tungstène qui peut gérer une température soudaine élevée de 3000 degrés. Il s'agit d'un support matériel important pour les armes hypersoniques.
2. Nouveaux développements dans les domaines de l'énergie et de l'industrie
Turbine à gaz: la chambre de combustion de la turbine à gaz imprimée de Siemens Energy - améliore l'efficacité de la combustion de 2% et réduit les émissions d'oxyde d'azote de 15% en utilisant une conception de canal d'écoulement biomimétique.
Le tube de revêtement en alliage en alliage de zirconium imprimé de zirconium imprimé de la National Nuclear Corporation pour l'équipement d'énergie nucléaire est trois fois plus résistant à la corrosion dans une vapeur de température à 400 degrés -, ce qui rend le réacteur nucléaire de quatrième génération plus sûr.
Bosch a fabriqué un rotor de turbocompresseur imprimé en 3D pour l'industrie automobile qui rend le rotor à 15% plus fort contre le fluage et 40% plus rapidement pour répondre à 1200 degrés.
3. Problèmes importants et moyens de les résoudre
Base de données des matériaux manquants: il peut prendre jusqu'à deux ans pour produire de nouveaux alliages de température élevés - et une infrastructure de Big Data pour suivre la configuration du processus de composition.
Contrôle de stabilité du processus: La conception d'une buse de fusée a nécessité plus de 200 modifications de ses paramètres et a besoin de la création de -} de surveillance et de systèmes de contrôle de boucle fermés -;
Dépenses élevées après traitement: le disque de turbine doit passer par sept étapes, tels que le soutien, le traitement thermique et l'usinage. Cela coûte 40% du coût global et implique la création d'un système de traitement non -.
Risques environnementaux et de sécurité: le traitement des déchets de poudre de métal coûte 12% des coûts opérationnels et de nouvelles méthodes de recyclage et d'impression avec moins de poussière doivent être faites.