كيف تؤدي الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد في مكونات التصنيع في ظل شروط درجة الحرارة العالية-؟

一 ، تغيير كبير في صفات المواد: من "المستحيل" إلى "الأداء الفائق"
1. التحكم الدقيق للغاية في البنية المجهرية
معدل التبريد السريعالطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد(ما يصل إلى 10 ³ - 10 ⁷ الدرجات /الدرجات) حولت تمامًا الطريقة التي تستخدم بها الصب في العمل ، والتي كانت من خلال التنمية الشجيرية. يعد Nickel - أعلى سبائك درجة الحرارة - مثالًا جيدًا. تحتاج الطرق التقليدية إلى عدة أسابيع من المعالجة الحرارية للتجانس الكيميائي بسبب الفصل الجذري. ومع ذلك ، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد تخلق مباشرة هياكل حبوب خلوية صغيرة ، مما يعني أن مرحلة التجانس ليست ضرورية. يمكن أن تتحكم المعالجة الحرارية الاتجاهية أيضًا في حجم "هطول الأمطار" وصولاً إلى مستوى النانو. قامت NASA بتقييم 3D Nickel - شفرات التوربينات القائمة على السبائك ووجدت أنها احتفظت بنسبة 98 ٪ من قوتها الأصلية عند درجة حرارة عالية تبلغ 1600 درجة. هذا أقوى بنسبة 15 ٪ من المطروق التقليدية.
2. مركب مع تدرج من مواد مختلفة
يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد تغيير تكوين المواد بطريقة التدرج لتلبية احتياجات الأداء لأجزاء مختلفة من مكونات درجة الحرارة العالية-. قام فريق بإنشاء Cobalt -/Nickel - قرص التوربينات المركب المستند إلى قائم على حد سواء زحف - وله حياة طويلة في 1200 درجة. لقد فعلوا ذلك باستخدام تقنية خلط المسحوق عبر الإنترنت لجعل المساحة الأساسية للقرص عالياً - سبيكة قائمة على قمة الكوبالت - وحافة القرص - درجة حرارة - مقاومة النيكل -. تقطع ميزة "مادة واحدة للاستخدامات المتعددة" تكلفة قطعة واحدة بنسبة 40 ٪ والوقت الذي يستغرقه الدراسة وإنتاجها بنسبة 60 ٪.
3. صنع أنظمة سبيكة جديدة
استخدم فريق الأكاديمية الصينية للعلوم "معهد المعادن" تقنية Fusion (LPBF) لجعل Al - fe - v - si - sc aluminum almoy. لا يزال يتمتع بقوة شد تبلغ 450 ميجا باسكال في 400 درجة ، مما يملأ فجوة الأداء لسبائك الألومنيوم التقليدية في نطاق درجة حرارة 200-450. الاختراق الرئيسي هو:
بنية مركبة غير متبلورة/بلورية: يبرد مركز تجمع الذوبان بسرعة ، مما يشكل شبكة غير متبلورة تجعل من الصعب على سفر خلع.
Multi - تعزيز مرحلة هطول الأمطار: تعمل Al ₈ fe ₂ si ، al ₁ v ، وغيرها من مراحل النانو معًا في واجهة al ∝ sc لوقف التداخل في درجات حرارة عالية.
التحكم في حدود حبوب العنصر: يقوم عنصر SC بتحسين الحبوب ويحتفظ بحدود الحبوب في مكانه ، مما يجعلها أقل احتمالًا بنسبة 70 ٪ من التكرار عند تسخينها.
2 ، أفكار جديدة في عملية التصنيع: الانتقال من "تطهير" إلى "مضافة"
1. صب الهياكل المعقدة في قطعة واحدة
في الماضي ، فإن جعل مكونات درجة الحرارة عالية - تتطلب عشرات الخطوات لوضع أجزاء مختلفة. مع الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكنك عمل ميزات معقدة مباشرة مثل هياكل قرص العسل الحيوي وقنوات التبريد المطابقة. تقوم شركة فضاء معينة بصنع شفرات توربينية متصلة بهيكل تبريد قرص العسل الحيوي. هذا يجعل التبريد بنسبة 40 ٪ أكثر فعالية ويضاعف حياة الشفرات. تتم طباعة بطانة غرفة الاحتراق لمحرك الطائرة باستخدام قنوات تبريد الطبقة المزدوجة- باستخدام تقنية ذوبان شعاع الإلكترون (EBM). بعد معالجته بالضغط الساخن المتساوي ، فإن أداء زحف درجة الحرارة العالي هو جيد مثل تمريرات المهرجانات ويمرر اختبار مقاعد البدلاء لمدة 3000 ساعة.
2. التكامل الخفيف والوظيفي
يمكن أن تجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد عالية - بنسبة 30 ٪ إلى 70 ٪ أخف من خلال تصميم تحسين الطوبولوجيا. تحتوي سيارة Porsche 911 GT2 RS Racing Car على مكابس سبيكة Titanium المطبوعة ثلاثية الأبعاد التي صممت - في قنوات التبريد. تعزز هذه القنوات إخراج المحرك بمقدار 30 حصانًا وخفض الوزن بنسبة 15 ٪. الأهم من ذلك ، تتيح لك تقنية طباعة المواد المتعددة - وضع الأجزاء الإلكترونية مثل المستشعرات والمشغلات مباشرة على ركائز المعادن ، وهي كيف تتحقق "ذكاء وظيفة الهيكل".
3. ثورة في الصيانة وإعادة التصنيع
يمكن تقنية ترسب الطاقة المطبوعة ثلاثية الأبعاد (DED) إصلاح أجزاء درجة الحرارة العالية - مع أضرار محلية بدقة للغاية. يتم استخدام تقنية الكسوة بالليزر من قبل محطة توليد طاقة معينة لإصلاح شفرات التوربينات الغازية . 3 d يقوم بمسح الأقسام المكسورة يجعل مسار الإصلاح ، ثم يتم إذابة المسحوق نفسه حسب الطبقة. بعد إصلاحه ، تعود قوة التعب في الأجزاء إلى 95 ٪ من قوة الأجزاء الجديدة ، والتي توفر 700000 يوان كل إصلاح.
3 ، الاستخدامات والمشاكل في الصناعة: القفزة من المختبر إلى الصناعة
1. صناعة الطائرات هي ساحة المعركة الرئيسية
محرك الطائرات: يجمع فوهة وقود محرك Leap من GE Aviation بين 20 جزءًا إلى قطعة واحدة باستخدام طباعة ثلاثية الأبعاد ، مما يجعلها أكثر مقاومة للحرارة وآخر خمس مرات -.
محرك الصواريخ: اختبرت NASA غرفة دفع مصنوعة من سبيكة الألمنيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد- تستخدم آلية تبريد تجديدية للحفاظ على درجة حرارة الجدار الداخلي أسفل نقطة الانصهار. هذه زيادة كثافة الدفع بنسبة 30 ٪.
طائرة Hypersonic: قام فريق بعمل جزء ساخن من سبائك Rhenium Tungsten Rhenium يمكنه التعامل مع درجة حرارة عالية مفاجئة تبلغ 3000 درجة. هذا هو الدعم المادي المهم للأسلحة الفائق الصوت.
2. تطورات جديدة في مجالات الطاقة والصناعة
توربينات الغاز: تحسن غرفة احتراق التوربينات الغازية المطبوعة من Siemens Energy من كفاءة الاحتراق بنسبة 2 ٪ وخفض انبعاثات أكسيد النيتروجين بنسبة 15 ٪ باستخدام تصميم قناة التدفق الحيوي.
إن أنبوب الكسوة المطبوعة من سبيكة الزركونيوم المطبوعة في الصين الوطنية Nuclear Corporation 3D - هو ثلاث مرات مقاومة للتآكل في ارتفاع درجة الحرارة 400 درجة - ، مما يجعل الجيل الرابع من المفاعل النووي أكثر سنًا.
قام Bosch بعمل دوار توربيني المطبوع ثلاثي الأبعاد لصناعة السيارات التي تجعل الدوار أقوى بنسبة 15 ٪ مقابل زحف وأسرع 40 ٪ للاستجابة عند 1200 درجة.
3. مشاكل وطرق مهمة لحلها
قاعدة بيانات للمواد المفقودة: قد يستغرق الأمر ما يصل إلى عامين لإنتاج سبائك درجات حرارة عالية- ، وبنية تحتية للبيانات الكبيرة لتتبع مدى جودة عمل عملية التكوين.
التحكم في استقرار العملية: تطلب تصميم فوهة الصواريخ أكثر من 200 تغيير في معلماتها ويحتاج إلى إنشاء- مراقبة الموقع ومغلقة - أنظمة التحكم في الحلقة ؛
النفقات العالية بعد المعالجة: يحتاج قرص التوربينات إلى المرور بسبع خطوات ، مثل الدعم والمعالجة الحرارية والآلات. هذا يكلف 40 ٪ من التكلفة الإجمالية ويتضمن إنشاء نظام مواد المعالجة غير-.
مخاطر البيئة والسلامة: تكاليف معالجة مسحوق المعادن النفايات 12 ٪ من التكاليف التشغيلية ، وطرق جديدة لإعادة التدوير والطباعة مع أقل غبار.