هل يمكن للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد تحسين استقرار المعدات في بيئات الاهتزاز العالية؟

一 ، التمكين التقني: منطق لتصميم معدات إعادة بناء الطباعة ثلاثية الأبعاد مستقرة
1. تحسين الطوبولوجيا وهيكل الشبكة: التغيير من "الحد من الاهتزاز السلبي" إلى "امتصاص الاهتزاز النشط"
تشمل الطرق التقليدية لتقليل الاهتزاز في المعدات أجزاء خارجية مثل الوسائد المطاطية والينابيع ، والتي تشغل مساحة ويمكن أن تلبس مع مرور الوقت. باستخدام خوارزميات تحسين الطوبولوجيا ، يمكن للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن تخلق هياكل شعرية محاكاة حيوية (مثل قرص العسل والشبكة والهياكل التدرج الحلزوني) داخل الجهاز بناءً على عوامل مثل تردد الاهتزاز وتوزيع الإجهاد. هذا يسمح بتكامل عميق للهيكل والوظيفة.
على سبيل المثال ، استخدمت شركة تقنية SLM لطباعة هيكل شبكة من سبيكة التيتانيوم لمضخة التبريد لمحطة الطاقة النووية. تم قطع سعة الاهتزاز بنسبة 40 ٪ ، وتمتص خصائص تخميد وحدات الشبكة طاقة الاهتزاز داخل الهيكل بدلاً من إرسالها إلى أجزاء مهمة. هذا أبقى أداء ديناميات السوائل. استخدم فريق جامعة سنترال ساوث أيضًا تقنية PEP (تصنيع مسحوق البوثق) لصنع سبيكة صعبة مواد مزدوجة 93W/96W. كانت هذه السبائك قادرة على التعامل مع انتقال التدرج الإجهاد تحت حمل الاهتزاز عن طريق نشر المرحلة بالتساوي في الواجهة ، مما أوقف تشققات التعب من التكوين في هياكل اللحام التقليدية.
2. Multi - الطباعة المركبة للمواد: الانتقال من "الأداء الفردي" إلى "تكامل النظام"
غالبًا ما تحتاج معدات الاهتزاز - إلى إيجاد توازن بين كونه خفيفًا وقويًا ومقاومًا للصدأ. تحتاج الطرق التقليدية إلى تجميع الكثير من الأجزاء المختلفة ، لكن الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية تتيح لك إيداع مواد مختلفة في التدرج ، مما يتيح لك أداء المنطقة في جزء واحد. على سبيل المثال ، يستخدم التسامي 3D نظام فوهة مزدوجة منفصلة لطباعة كل من Nickel - مرتفعة - ركائز سبيكة درجات الحرارة وعلم الحاجز الحراري لسبائك Tungsten على شفرات التوربينات لمحركات الطائرات في نفس الوقت. تتضاعف مقاومة التعب الحراري للشفرات ثلاث مرات ويتم قطع وزنها بنسبة 15 ٪ في بيئة اهتزاز درجة الحرارة العالية- من 1200 درجة. وذلك لأن الجسيمات النانوية تتصل بقوة أكبر عند الاتصال. بنفس الطريقة ، يستخدم Laser Baochen Xin وضعًا واحدًا -/Multi - تصميم بقعة ضوء قابلة للتعديل لطباعة طبقة من سبيكة كروم الكوبالت على سطح تجويف القالب الصعب للغاية. تستخدم المنطقة الأساسية سبيكة الألومنيوم خفيفة الوزن لامتصاص طاقة الاهتزاز بسرعة على طبقة السطح الصلب. هذا يقلل بشكل عام من الجمود ويقلل من مصادر الإثارة الاهتزازية.
3. تقليل العيوب والحفاظ على الأداء ثابتًا: الانتقال من "التجربة والخطأ" إلى "التحكم الدقيق"
بيئة الاهتزاز حساسة للغاية للعيوب في المواد ، وغالبًا ما تترك الطرق التقليدية وراء العيوب مثل المسام والشقوق بسبب قيود العفن. هذا يقصر حياة التعب للمادة. تعديل المعلمة العملية وتكنولوجيا المراقبة عبر الإنترنت يمكن أن تجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية أفضل بكثير في صنع المواد أكثر كثافة وأكثر اتساقًا في الأداء. على سبيل المثال ، أضافت جامعة ويسكونسن ماديسون 4.4 المجلد. ٪ TIC الجسيمات النانوية إلى مسحوق سبيكة الألومنيوم AL6061 لخفض خشونة السطح من الأجزاء المطبوعة SLM من 20 م إلى 2.1 م. هذا نجح لأن الجسيمات النانوية تستقر تقلبات تجمع الذوبان. اقتربت المسامية من الصفر ، وحجم الحبوب أصبح أصغر بكثير ، مما جعل الحد من التعب من المادة يرتفع بنسبة 50 ٪ عندما كان يهتز بترددات عالية. أيضًا ، تأتي آلات Series Liming Laser's LIM - X مع تقنية المسح التعاوني المتعدد- والتحكم في التغذية المرتدة- الحقيقي. عند طباعة القطع الهيكلية للسبائك التيتانيوم الكبيرة ، يتم الحفاظ على اختلال الطبقة البينية ضمن ± 0.05 ملم للتأكد من أن الهيكل يبقى قويًا حتى عندما يهتز.
2 ، ما تفعله الشركات: الاستخدامات الشائعة للاستقرار في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد
1. الفضاء: "البقاء خفيف الوزن" في أماكن مع الكثير من الاهتزاز
تحتاج محركات الطائرات ، وتعزيزات الصواريخ ، وغيرها من المعدات إلى العمل لفترة طويلة تحت اهتزاز التردد الساخن والعالي جدًا-. لأنها ثقيلة للغاية ، من المحتمل أن تفشل شفرات السبائك القائمة على النيكل التقليدي- بسبب الرنين. باستخدام تقنية SLM ، تقوم GE Aviation بطباعة فوهات وقود محرك Leap التي تجمع بين 20 جزءًا في قطعة واحدة من خلال تصميم متكامل. وهذا يجعل الفتحات أخف 25 ٪. تحتوي قناة التبريد الداخلية على شجرة - مثل الهيكل الذي يحاكي الطبيعة. هذا يجعل الاهتزاز - الإجهاد الحراري الناجم عن توزيعه بالتساوي ويمتد عمر الفوهة إلى ثلاثة أضعاف الأساليب القياسية. تستخدم أجزاء سبيكة التنغستن من Sublimation 3D أيضًا تقنية PEP لحل مشكلة تشوه المعادن التي يصعب تذوبها. يمكن أن تظل مستقرة في الحجم حتى في بيئة اهتزاز درجة الحرارة العالية- بدرجة 3000 درجة ، وهو ما تحتاجه مهام استكشاف الفضاء العميقة.
2. ترانزيت السكك الحديدية: "ضمان مزدوج" للسلامة للهيكل ، وتقليل الضوضاء ، وتقليل الاهتزاز
تتعرض عربات السكك الحديدية عالية السرعة - ومربعات التروس والأجزاء الأخرى لتتبع التأثير واهتزاز المحرك لفترة طويلة. من المرجح أن تواجه الأنظمة اللحام التقليدية مشاكل في السلامة لأنها يمكن أن تنفصل عن التعب. تقوم China CRRC بطبعات Crossbeams لـ Titanium Alloy Dies باستخدام تقنية SLM. يتم قطع الكتلة بنسبة 30 ٪ عن طريق تحسين الطوبولوجيا ، ويمتص بنية الشبكة طاقة الاهتزاز داخل الحزمة ، مما يجعل الضوضاء داخل العربة أكثر هدوءًا. في الوقت نفسه ، يستخدم Baochenxin Laser تقنية الطباعة المركبة Multi - لوضع طبقة من سبيكة كروم الكوبالت مع صلابة عالية على سطح الترس عند صنع علب تروس النقل بالسكك الحديدية. تستخدم المنطقة الأساسية مصفوفة سبيكة الألومنيوم لفصل مصدر الاهتزاز (Meshing) عن الهيكل الذي يحمل الحمل ، مما يقلل من معدل فشل علبة التروس بنسبة 70 ٪.
3. معدات الطاقة: طاقة النووية وطاقة الرياح لها "ترقية الاهتزاز-."
على سبيل المثال ، تحتاج المضخات الرئيسية لمحطة الطاقة النووية وتروس توربينات الرياح إلى العمل في أماكن مع الكثير من الاهتزاز والإشعاع. من المحتمل أن تفشل المواد التقليدية بسبب اقتران اهتزاز التآكل. توظف CGN الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد لصنع نسخة من جسم صمام الطاقة النووية. يذهب عمر جسم Valve من 5 سنوات إلى 15 عامًا في بيئة مع تسارع الاهتزاز من 5G وجرعة الإشعاع من 10 ⁶ gy. يتم ذلك عن طريق تحسين بنية قناة التدفق لتقليل إثارة اهتزاز السوائل وتوظيف مواد السبائك القائمة على النيكل- لجعلها أكثر مقاومة للتآكل. تستخدم Siemens Gamesa تقنية SLM لطباعة شركات النقل الكوكبية لصناديق التروس في صناعة طاقة الرياح. يقطع التصميم الخفيف لحظة القصور الذاتي بنسبة 40 ٪ ، ويمتص بنية الشبكة الداخلية طاقة الاهتزاز داخل الناقل. هذا يجعل ناقل حركة علبة التروس أكثر كفاءة بنسبة 3 ٪ ويمتد الفترة بين الفشل إلى 20،000 ساعة.