3Dnyomtatás lehetővé teszi a hatékony gyártási bonyolult szerkezeteknehéz megvalósítani hagyományosan hulladéknélkül, mint amilyen az üreges geometriájúnikkel-based szuperötvözet repülőgép alkatrészeket. Ahhoz, hogy teljes mértékben kihasználják ezt a módszert, meg kell felé új ötvözetek és folyamatok.
Conventional szuperötvözet gyártási
Superalloys, családi fém keverékek alapulónikkel, kobalt, vagy vas, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékletű deformáció, korrózió és oxidáció, különösen akkor, ha működő emelt hőmérsékleten közel az olvadáspont. Ők voltak az első fejlesztették gázturbina alkatrészek sugárhajtóműves motorok, és ma már széles körben használják a magas hőmérsékletű alkalmazásoknál a repülőgépipar és az áramfejlesztő iparágakban. Ahhoz, hogy elérjük ezeket a magas hőmérsékletű tulajdonságai (kémiai és mechanikai), mikroszerkezeti vezérlő kritikus, és engedélyezve van kombinációjával adott ötvözőelem kiegészítések és gondos gyártási folyamatok.
Nickel-based szuperötvözetek, a legkorábbi és a legjobb-developed szuperötvözet család, hivatkozhat egy kétfázisú mikrostruktúra amely egy szilárdító fázis-a diszperzióját (Ni, Co) 3 (Al, Ti, Ta) csapadékok (L12 krisztallográfia )nevezett γ '-grown egy mátrixában Cr-enriched Ni. Más ötvözőelemek, például a tűzálló (Re, Mo, W) vagy fémes (B, C) is adhatunk. Ennek alapján a kémiai ezen ötvözetek közülnéhány a legbonyolultabb emberiség tervezték. Során szokásos feldolgozási, ez a döntő csapadék fordul elő keresztül diffúzió-controlled reakciót hűtés során a hőmérséklet-tartomány 1000-750 ° C1.
Manufacturing hagyományosan 'Achilles' sarok”a szuperötvözet alkalmazások--structurally hang mechanikai tulajdonságaitnem sikerült elérni anélkül, hogy hosszú-winded és költséges szubtraktív gyártási keresztül megmunkálás öntvények. Ma még mindig használja precíziós befektetési öntési eljárásoknyúlnak vissza ókorban. Például, hogy készítsen egy sugárhajtómű turbinalapát, mind a viasz modell és szilikagélen-based mása a hűtőcsatornák van szükség, hogy hozzon létre egy kerámia öntőforma minden összetevőt, amelybe kg olvadt fém öntött vákuum alatt. Hűtés, hogy környezeti körülmények között több órát vesz igénybe, és lehetetlen, hogy elnyomja a csapadék a γ 'csapadékot hűtés során; Ezen túlmenően,nagyon óvatos későbbi hőkezelése során több órán át~1300 ° C szükséges,--just az olvadási hőmérséklet alatt--A csökkentése kémiai dendritikus szegregáció a öntési útvonalon. Végül, forgácsolásra van szükség, hogy formálja a végső bonyolult turbinalapát geometria. A befektetési casting folyamat számos kémiai és technológiai szabályozók jelentős hulladék/scrappage során keletkező öntési és utólagos megmunkálására turbina alkatrészek: csak mintegy 10% -a szuperötvözet végek fel kész goods2.
3Dnyomtat egy új feldolgozó sugárút szuperötvöze
üsing 3Dnyomtatás, vagy additív gyártási (AM), ahelyett, hogy a befektetési öntés lehetővé teszi az adatfeldolgozást előfordulnak gyökeresen különböző módon, csökkentett előállítási lépések és minimális feldolgozási hulladék. A lézer-based olvadási és megszilárdítását szilárd por anéhányszor tíz mikron átmérőjű, réteg-A-layer, közvetlen bemenet a számítógép-aided tervezési rendszerrel (CAD), ruház a-of-yet kihasználatlan tervezési szabadságot : üreges szerkezetek, hab-like vagy rácsos-based architektúrák, hatékonyabb anyagfelhasználás egy adalék, szemben a szubtraktív módon. Ezen túlmenően, az AM folyamat, olvadás- és újra-melting finom por méret mikron hosszúságú és időskálán, vezet magas hűtési sebesség 103-106 ° C/s, és egy egészen más kohászati válasz processing3. A megszilárdulás ad okot, hogy egynagyon finom cellás helyett dendritikus microstructure4, amely gyakorlatilag megszünteti a dendritikus szegregáció, mint a hagyományos feldolgozás feleslegessé a kémiai homogenizáló lépés. A csapadék a γ \"is elnyomta a súlyos hűtési sebesség, amely lehetővé teszi anano-scale kicsapás kell igazítani az ezt követő hőkezelés javított properties5. A kicsapás fázis lehet optimalizálni tervezése új hőkezelési protokollokat, így kívánatos mikroszerkezetek kapcsolódónagy szilárdságú AM superalloys6.
However, széleskörű alkalmazása AM szuperötvözetek összetett üreges szerkezetek, például Aero-jet turbinalapátok még mindignem egyértelmű. Annak érdekében, hogy sikeresen tőkeáttétel AM technikák szuperötvöze, szükségünk van egy jobb megértése a tudomány a folyamatot; sok szempontból meg is homályos, mert az alapjait AM olyan több fizikai és kémiai jelenségek egész hosszát és időrendje (ld. 1.). Például, ha a lézer érintkezik a fémpor, minden lehetségesnégy halmazállapotúak--solid, folyékony, gáz gőz és a Plasma--interact7, ésnagyon kevés, ha egyáltalán fizika-based modellek léteznek hogy foglalkozzanak ezzel a komplexitást. Ezen túlmenően, a természet a gyors és ismételt termikus ciklusok indukál intenzív hőmérsékleti gradiensek és így kémiai, szerkezeti és mechanikai állapotok, amelyek metastabil, kiváltó kohászati defects8 veszélyeztető properties9.
Finally, a legtöbb hagyományos szuperötvözeteknem lehet könnyen vándoroltak beruházás öntés 3Dnyomtatás, mert már optimalizálható az adott feldolgozási útvonalakat, például kovácsoláswelding és leadják. Mivel a gyors és ismételt termikus ciklus az AM folyamat új készítmények, amelyek kihasználják ezeket a feldolgozási paraméterek lehet tervezni keresztül számítógépes készítmény-Folyamat data-driven megközelítés szabó mikroszerkezete és tulajdonságainak AM hűtés rates3. Novel fokozat szuperötvözetek optimalizált 3D-snyomtatási és célja, hogy enyhítse kohászati hibák, mint a porozitás és cracking10 kritikus magas-temperature alkotóelemek tehát kulcsfontosságú a sikeres kereskedelmi take-up.