Непрофитните организации, медиумите и јавноста може да преземаат слики од веб-страницата на Канцеларијата за печат на МИТ под некомерцијална, неизведена лиценца Creative Commons Attribution.Не смеете да ги менувате дадените слики, туку само да ги исечете до правилната големина.При копирање слики мора да се користат кредити;Кредит „MIT“ за слики освен ако не е наведено подолу.
Новата термичка обработка развиена во MIT ја менува микроструктурата на 3D печатените метали, правејќи го материјалот поцврст и поотпорен на екстремни термички услови.Оваа технологија би можела да овозможи 3D печатење на сечила и лопатки со високи перформанси за гасни турбини и млазни мотори кои генерираат електрична енергија, овозможувајќи нови дизајни да ја намалат потрошувачката на гориво и енергетската ефикасност.
Денешните сечила на гасната турбина се направени со користење на традиционален процес на лиење во кој стопениот метал се истура во сложени форми и насочено се зацврстува.Овие компоненти се направени од некои од најотпорните метални легури на планетата, бидејќи се дизајнирани да се вртат со голема брзина во екстремно топли гасови, извлекувајќи работа за производство на електрична енергија во електраните и обезбедувајќи потисок за млазни мотори.
Се зголемува интересот за производство на лопатки за турбини со помош на 3D печатење, што, покрај еколошките и економските придобивки, им овозможува на производителите брзо да произведуваат ножеви со посложени и енергетски ефикасни геометрии.Но, напорите за 3Д печатење на ножевите на турбините допрва треба да надминат една голема пречка: лази.
Во металургијата, лазењето се подразбира како тенденција на металот неповратно да се деформира под постојан механички стрес и висока температура.Додека истражувачите ја истражуваа можноста за печатење на лопатките на турбините, открија дека процесот на печатење произведува фини зрна со големина од десетици до стотици микрометри - микроструктура која е особено склона кон лази.
„Во пракса, тоа значи дека гасната турбина ќе има пократок животен век или ќе биде помалку економична“, рече Захари Кордеро, професор по воздухопловна вселена на Боинг на МИТ.„Ова се скапи лоши резултати“.
Кордеро и неговите колеги пронајдоа начин да ја подобрат структурата на 3D печатените легури со додавање на дополнителен чекор на термичка обработка што ги претвора фините зрна од печатениот материјал во поголеми „колумни“ зрна – посилна микроструктура што го минимизира потенцијалот на лазење на материјалот.материјал бидејќи „столбовите“ се порамнети со оската на максимално напрегање.Пристапот наведен денес во Additive Manufacturing го отвора патот за индустриско 3D печатење на сечила на гасната турбина, велат истражувачите.
„Во блиска иднина, очекуваме производителите на гасни турбини да ги испечатат своите ножеви во големи погони за производство на адитиви и потоа да ги пост-обработуваат користејќи ја нашата термичка обработка“, рече Кордеро.„3Д печатењето ќе овозможи нови архитектури за ладење кои можат да ја зголемат топлинската ефикасност на турбините, овозможувајќи им да произведуваат иста количина на енергија додека согоруваат помалку гориво и на крајот испуштаат помалку јаглерод диоксид“.
Студијата на Кордеро беше ко-автор на водечките автори Доминик Пичи, Кристофер Картер и Андрес Гарсија-Хименез од Технолошкиот институт во Масачусетс, Ануграхапрада Мукундан и Мари-Агата Шарпан од Универзитетот во Илиноис во Урбана-Шампејн и Донован Леонард од Оук. Национална лабораторија Риџ.
Новиот метод на тимот е форма на насочена рекристализација, термичка обработка која го движи материјалот низ топла зона со прецизно контролирана брзина, спојувајќи многу микроскопски зрна од материјалот во поголеми, посилни, порамномерни кристали.
Насочената рекристализација е измислена пред повеќе од 80 години и се применува на деформабилни материјали.Во нивната нова студија, тим од MIT примени насочена рекристализација на 3D печатените суперлегури.
Тимот го тестираше овој метод на 3D печатени суперлегури базирани на никел, метали кои вообичаено се леат и се користат во гасните турбини.Во серија експерименти, истражувачите поставија 3Д-печатени примероци од суперлегури слични на прачки во водена бања на собна температура директно под индукцискиот калем.Тие полека ја извлекувале секоја прачка од водата и ја поминувале низ калем со различна брзина, со што значително ги загревале прачките на температури кои се движеле од 1200 до 1245 Целзиусови степени.
Тие открија дека влечењето на шипката со одредена брзина (2,5 милиметри на час) и на одредена температура (1235 степени Целзиусови) создава стрм температурен градиент што предизвикува транзиција во ситно-гранулираната микроструктура на медиумот за печатење.
„Материјалот започнува како мали честички со дефекти наречени дислокации, како скршени шпагети“, објасни Кордеро.„Кога ќе го загреете материјалот, овие дефекти исчезнуваат и се обновуваат, а зрната можат да растат.зрна со апсорпција на неисправен материјал и помали зрна — процес наречен рекристализација“.
По ладењето на термички обработените шипки, истражувачите ја испитувале нивната микроструктура со помош на оптички и електронски микроскопи и откриле дека втиснатите микроскопски зрна од материјалот биле заменети со „колонозни“ зрна или долги области слични на кристали кои биле многу поголеми од оригиналот. зрна..
„Целосно се реструктуиравме“, рече главниот автор Доминик Пич.„Покажуваме дека можеме да ја зголемиме големината на зрната за неколку реда на големина за да формираме голем број колонообразни зрна, што теоретски би требало да доведе до значително подобрување на својствата на лази.
Тимот, исто така, покажа дека можат да ја контролираат брзината на влечење и температурата на примероците на прачката за да ги прилагодат растечките зрна на материјалот, создавајќи региони со специфична големина и ориентација на зрната.Ова ниво на контрола може да им овозможи на производителите да печатат лопатки на турбините со микроструктури специфични за локацијата што можат да се прилагодат на специфични работни услови, вели Кордеро.
Кордеро планира да ја тестира термичката обработка на 3Д печатените делови поблиску до лопатките на турбината.Тимот исто така бара начини за забрзување на цврстината на истегнување, како и тестирање на отпорноста на лазење на термички обработени структури.Тие потоа шпекулираат дека термичката обработка може да овозможи практична примена на 3D печатење за производство на лопатки на турбини од индустриско ниво со посложени форми и шаблони.
„Новите ножеви и геометрија на лопатките ќе ги направат копнените гасни турбини и, на крајот, авионските мотори енергетски поефикасни“, рече Кордеро.„Од основна перспектива, ова може да ги намали емисиите на CO2 со подобрување на ефикасноста на овие уреди“.
Време на објавување: 15-11-2022 година
