1 Огляд технології 3D-друку з металу
Тривимірний друк на металі, який іноді називають виробництвом з додаванням металу, — це техніка, за допомогою якої тривимірні речі створюються шар за шаром укладання металевих порошків або дроту. 3D-друк на металі пропонує менші витрати на виробництво, коротші цикли розробки та більше свободи дизайну, ніж звичайне лиття, кування чи механічна обробка. Його можна налаштувати відповідно до реальних потреб і досягти комплексного формування складних геометричних форм.
Двома відомими застосуваннями технології 3D-друку металу у виробництві лопаток авіаційних турбін є спрямоване осадження енергії (DED) і селективне плавлення шару порошку (PBF.). Пряме лазерне спікання металу (DMLS), лазерне селективне плавлення (SLM), плавлення електронним променем (EBM) тощо є частиною процесу PBF. Використовуючи лазер або електронний промінь, вони нагрівають металевий порошок до точки плавлення, таким чином досягаючи шарового укладання. Процес DED постійно додає металеві дроти або порошки до будівельної платформи після їх вибіркового плавлення за допомогою лазерних променів, електронних променів, плазми або дуги як джерел тепла.
2 Металевий 3D-друк покращує роботу лопатей турбіни літака
Поліпшити структуру лез.
Лопатки авіаційних турбін, як правило, мають складні поверхні довільної форми, вимагають досить високої точності виготовлення. Більш точні та витончені форми лопатей, які стали можливими завдяки технологіям 3D-друку з металу, допомагають максимізувати аеродинамічні характеристики. Точний контроль процесу друку дозволяє виготовляти леза зі складними охолоджуючими каналами та ефективними ізоляційними покриттями, що значно покращує їх тепловіддачу та температурну здатність.
Для аерокрил турбінних лопатей компанія GE, наприклад, розробила багатошарові зовнішні стінки за допомогою адитивного виробництва. Ця конструкція підвищує температурну здатність оригінальних лопаток турбіни, таким чином покращуючи їх охолоджувальну здатність і, отже, робочу температуру двигуна. Наразі досліджується, і головною перевагою технології 3D-друку металу у виробництві лопатей турбін літаків є цей більш ефективний метод повітряного охолодження.
Підвищити продуктивність матеріалу.
Високоефективні сплави, такі як титанові сплави, високотемпературні сплави на основі нікелю тощо, можна використовувати в технологіях тривимірного друку металу. Ці матеріали витримують чудові умови експлуатації та мають видатні механічні якості та стійкість до окислення. Завдяки точному контролю мікроструктури та розміру зерна матеріалів технологія 3D-друку з металу допомагає максимізувати їх механічні якості.
Дослідники Массачусетського технологічного інституту виявили, що додавання додаткових етапів термічної обробки допомагає дрібним зернам 3D-друкованих матеріалів перетворюватися на більші «стовпчасті» зерна, більш міцні мікроструктури та може зменшити потенціал повзучості матеріалу. Ця розробка відкриває шлях для промислового 3D-друку лопаток газових турбін, таким чином дозволяючи 3D-друкованим лопатям зберігати кращу гнучкість і витривалість у сильно нагрітому середовищі.
Розпізнавати легку архітектуру.
Завдяки максимізації структури та розподілу матеріалу лез технологія 3D-друку з металу може досягти полегшеної конструкції та, отже, меншої ваги без шкоди для продуктивності. Це дуже важливо для ефективності польоту літака та підвищення економії палива. Наприклад, лопаті турбіни з титанового алюмінієвого сплаву, виготовлені за допомогою технології 3D-друку на металі, мають вагу майже вдвічі порівняно зі звичайними лопатями зі сплаву на основі нікелю, що значно знижує споживання палива та забруднювачі.
Скоротіть цикл розвитку та зменшіть витрати.
Швидке виробництво прототипів і індивідуальне виготовлення, що стало можливим завдяки технології 3D-друку з металу, може значно скоротити цикл розробки лопатей турбіни літака. Прямий друк складних геометричних малюнків допомагає усунути кілька процедур і витрати на прес-форми при звичайних методах виробництва, таким чином знижуючи витрати на виробництво. Крім того, відповідаючи індивідуальним вимогам авіаційного сектора, технологія 3D-друку з металу також може досягати дрібносерійного та багатоваріаційного виробництва.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/slm-3d-printing-milling-cutter-tools.html