धातु 3 डी प्रिंटिंग उच्च - तापमान की स्थिति के तहत विनिर्माण घटकों में कैसे प्रदर्शन करता है?

一, सामग्री के गुणों में एक बड़ा बदलाव: "असंभव" से "सुपर प्रदर्शन" तक
1। माइक्रोस्ट्रक्चर का बहुत सटीक नियंत्रण
की तेजी से कूलिंग दरधातु 3 डी मुद्रण(10 ³-10 ⁷ डिग्री /एस तक) ने पूरी तरह से काम करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली कास्टिंग को बदल दिया है, जो कि डेंड्रिटिक विकास द्वारा था। निकेल - आधारित उच्च - तापमान मिश्र धातु एक अच्छा उदाहरण है। डेंड्रिटिक अलगाव के कारण पारंपरिक तरीकों को कई हफ्तों के रासायनिक समरूपता गर्मी उपचार की आवश्यकता होती है। हालांकि, 3 डी प्रिंटिंग सीधे छोटे सेलुलर अनाज संरचनाएं बनाता है, जिसका अर्थ है कि होमोजेनाइजेशन चरण की आवश्यकता नहीं है। दिशात्मक गर्मी उपचार भी नैनोस्केल स्तर तक नीचे 'चरण वर्षा' के आकार को ठीक से नियंत्रित कर सकता है। नासा ने 3 डी मुद्रित निकल - आधारित मिश्र धातु टरबाइन ब्लेड का मूल्यांकन किया और पाया कि उन्होंने अपनी मूल ताकत का 98% 1600 डिग्री के उच्च तापमान पर रखा। यह पारंपरिक फोर्जिंग की तुलना में 15% मजबूत है।
2। विभिन्न सामग्रियों के ढाल के साथ समग्र
3 डी प्रिंटिंग उच्च - तापमान घटकों के विभिन्न भागों के प्रदर्शन की जरूरतों को पूरा करने के लिए एक ढाल तरीके से सामग्री की संरचना को बदल सकती है। एक टीम ने एक कोबाल्ट - आधारित/निकेल - आधारित समग्र टरबाइन डिस्क बनाई, जो दोनों रेंगना - प्रतिरोधी है और 1200 डिग्री पर एक लंबा थकान जीवन है। उन्होंने डिस्क के मुख्य क्षेत्र को एक उच्च - शक्ति कोबाल्ट - आधारित मिश्र धातु और डिस्क के किनारे को एक उच्च - तापमान - प्रतिरोधी निकेल - आधारित मिश्रित करने के लिए ऑनलाइन पाउडर मिक्सिंग तकनीक का उपयोग करके ऐसा किया। "एक सामग्री फॉर मल्टीपल यूज़" फीचर एक ही टुकड़े की लागत को 40% तक काटती है और इसका अध्ययन करने और इसे 60% तक उत्पादन करने में लगने वाला समय होता है।
3। नए मिश्र धातु प्रणाली बनाना
चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज 'इंस्टीट्यूट ऑफ मेटल्स टीम ने लेजर पाउडर बेड फ्यूजन (LPBF) तकनीक का इस्तेमाल किया, जो अल - fe - v - si - sc aluminum alloy बनाने के लिए। यह अभी भी 400 डिग्री पर 450mpa की तन्यता ताकत है, जो 200-450 डिग्री तापमान रेंज में पारंपरिक एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के प्रदर्शन अंतर को भरता है। मुख्य सफलता है:
अनाकार/क्रिस्टलीय समग्र संरचना: पिघल पूल का केंद्र जल्दी से ठंडा हो जाता है, एक अनाकार नेटवर्क बनाता है जो यात्रा करने के लिए अव्यवस्था के लिए कठिन बनाता है।
मल्टी - स्केल वर्षा चरण को मजबूत करना: अल ₂ Fe ₂ Si, Al ₁ V, और अन्य नैनो चरण उच्च तापमान पर मोटे होने को रोकने के लिए Al ∝ SC इंटरफ़ेस में एक साथ काम करते हैं।
स्कैंडियम तत्व अनाज सीमा नियंत्रण: एससी तत्व अनाज को परिष्कृत करता है और जगह में अनाज की सीमाओं को रखता है, जिससे उन्हें गर्म होने पर 70% कम दरार होने की संभावना होती है।
2, विनिर्माण प्रक्रिया में नए विचार: "घटाव" से "एडिटिव" तक जाना
1। एक टुकड़े में जटिल संरचनाओं का मोल्डिंग
अतीत में, उच्च - तापमान घटकों को अलग -अलग भागों को एक साथ रखने के लिए दर्जनों चरणों की आवश्यकता होती है। 3 डी प्रिंटिंग के साथ, हालांकि, आप सीधे बायोमिमेटिक हनीकॉम्ब संरचनाओं और अनुरूप शीतलन चैनल जैसी जटिल विशेषताएं बना सकते हैं। एक निश्चित एयरोस्पेस कंपनी टरबाइन ब्लेड बनाती है जो एक बायोमिमेटिक हनीकॉम्ब कूलिंग संरचना से जुड़ी होती है। यह ठंडा 40% अधिक प्रभावी बनाता है और ब्लेड के जीवन को दोगुना कर देता है। विमान इंजन के दहन कक्ष लाइनर को इलेक्ट्रॉन बीम पिघलने (ईबीएम) तकनीक का उपयोग करके डबल - लेयर कूलिंग चैनलों के साथ मुद्रित किया गया है। हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग के साथ इलाज किए जाने के बाद, उच्च - तापमान रेंगना प्रदर्शन उतना ही अच्छा है जितना कि फोर्जिंग और 3000-घंटे की बेंच टेस्ट पास करता है।
2। हल्के और कार्यात्मक एकीकरण
3 डी प्रिंटिंग उच्च - तापमान भागों 30% से 70% लाइटर को टोपोलॉजी ऑप्टिमाइज़ेशन डिज़ाइन के माध्यम से बना सकती है। पोर्श 911 GT2 RS रेसिंग कार में 3D प्रिंटेड टाइटेनियम मिश्र धातु पिस्टन हैं जिन्होंने कूलिंग चैनलों में - बनाया है। ये चैनल 30 हॉर्सपावर से इंजन आउटपुट को बढ़ाते हैं और वजन में 15%की कटौती करते हैं। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि मल्टी - सामग्री मुद्रण तकनीक आपको मेटल सब्सट्रेट पर सेंसर और एक्ट्यूएटर्स जैसे इलेक्ट्रॉनिक भागों को डालने देती है, जो कि "स्ट्रक्चर फंक्शन इंटेलिजेंस" कैसे हासिल की जाती है।
3। रखरखाव और पुनर्विचार में एक क्रांति
3 डी प्रिंटेड डायरेक्टेड एनर्जी डिपोजिशन (डीआईडी) तकनीक उच्च - तापमान भागों को स्थानीयकृत क्षति के साथ बहुत सटीक रूप से ठीक कर सकती है। लेजर क्लैडिंग तकनीक का उपयोग गैस टरबाइन ब्लेड को ठीक करने के लिए एक निश्चित पावर प्लांट द्वारा किया जाता है . 3 डी स्कैनिंग टूटी हुई धाराएं मरम्मत का रास्ता बनाती हैं, और फिर एक ही पाउडर परत द्वारा परत को पिघलाया जाता है। तय किए जाने के बाद, भागों की थकान की ताकत नए भागों के 95% तक वापस चली जाती है, जो हर मरम्मत में 700,000 युआन को बचाती है।
3, उद्योग में उपयोग और समस्याएं: प्रयोगशाला से उद्योग के लिए कूद
1। विमान उद्योग प्रमुख युद्ध का मैदान है
विमान इंजन: जीई एविएशन से लीप इंजन ईंधन नोजल 3 डी प्रिंटिंग का उपयोग करके 20 भागों को एक में जोड़ता है, जिससे यह 200 डिग्री अधिक गर्मी के लिए प्रतिरोधी और पांच गुना अधिक लंबा - स्थायी हो जाता है;
रॉकेट इंजन: नासा ने 3 डी - मुद्रित एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बना एक थ्रस्ट चैंबर का परीक्षण किया जो पिघलने के बिंदु के नीचे आंतरिक दीवार के तापमान को रखने के लिए एक पुनर्योजी शीतलन तंत्र का उपयोग करता है। इससे जोर घनत्व 30%बढ़ गया।
हाइपरसोनिक विमान: एक टीम ने टंगस्टन रेनियम मिश्र धातु हॉट एंड पार्ट बनाया है जो अचानक 3000 डिग्री के उच्च तापमान को संभाल सकता है। यह हाइपरसोनिक हथियारों के लिए महत्वपूर्ण सामग्री समर्थन है।
2। ऊर्जा और उद्योग के डोमेन में नए विकास
गैस टरबाइन: सीमेंस एनर्जी की 3 डी - मुद्रित गैस टरबाइन दहन कक्ष 2% से दहन दक्षता में सुधार करता है और बायोमिमेटिक फ्लो चैनल डिजाइन का उपयोग करके नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन में 15% तक कटौती करता है।
चीन नेशनल न्यूक्लियर कॉरपोरेशन के 3 डी - परमाणु ऊर्जा उपकरण के लिए मुद्रित ज़िरकोनियम मिश्र धातु क्लैडिंग ट्यूब 400 डिग्री उच्च - तापमान भाप में जंग के लिए तीन गुना अधिक प्रतिरोधी है, जो चौथी पीढ़ी परमाणु रिएक्टर सुरक्षित है।
बॉश ने ऑटोमोटिव उद्योग के लिए एक 3 डी प्रिंटेड टर्बोचार्जर रोटर बनाया है जो रोटर को रेंगने के खिलाफ 15% मजबूत बनाता है और 1200 डिग्री पर जवाब देने के लिए 40% तेजी से।
3। महत्वपूर्ण समस्याएं और उन्हें हल करने के तरीके
लापता सामग्री का डेटाबेस: नए उच्च - तापमान मिश्र धातुओं का उत्पादन करने में दो साल तक का समय लग सकता है, और यह ट्रैक करने के लिए एक बड़ा डेटा इन्फ्रास्ट्रक्चर है कि रचना प्रक्रिया को कितनी अच्छी तरह से सेट करने की आवश्यकता है।
प्रक्रिया स्थिरता नियंत्रण: एक रॉकेट नोजल के डिजाइन को अपने मापदंडों में 200 से अधिक परिवर्तनों की आवश्यकता होती है और - सीटू की निगरानी और बंद - लूप कंट्रोल सिस्टम के निर्माण की आवश्यकता होती है;
प्रसंस्करण के बाद उच्च खर्च: टरबाइन डिस्क को सात चरणों से गुजरने की जरूरत है, जैसे कि समर्थन, गर्मी उपचार और मशीनिंग। यह समग्र लागत का 40% है और इसमें एक गैर - प्रसंस्करण सामग्री प्रणाली का निर्माण शामिल है।
पर्यावरण और सुरक्षा जोखिम: अपशिष्ट धातु पाउडर को संसाधित करने की लागत 12% परिचालन लागत, और कम धूल के साथ रीसाइक्लिंग और मुद्रण के लिए नए तरीके बनाने की आवश्यकता है।