1 Обзор технологии 3D-печати металлом
3D-печать металлом, иногда называемая аддитивным производством металлов, представляет собой метод, при котором трехмерные объекты создаются путем слоя за слоем укладки металлических порошков или проволоки. 3D-печать металлом предлагает меньшие производственные затраты, более короткие циклы разработки и большую свободу дизайна, чем обычное литье, ковка или механическая обработка. Его можно адаптировать в соответствии с реальными потребностями и добиться комплексного формирования сложных геометрических форм.
Двумя известными применениями технологии 3D-печати металлом при производстве лопаток авиационных турбин являются направленное энерговыделение (DED) и селективное плавление в порошковом слое (PBF). Прямое лазерное спекание металлов (DMLS), лазерное селективное плавление (SLM), электронно-лучевое плавление (EBM) и т. д. являются частью процесса PBF. С помощью лазера или электронного луча они нагревают металлический порошок до температуры плавления, тем самым добиваясь послойной укладки. В процессе DED на строительную платформу постоянно добавляются металлические проволоки или порошки после их выборочного плавления с использованием лазерных лучей, электронных лучей, плазмы или дуги в качестве источников тепла.
2. 3D-печать металла улучшает характеристики лопаток турбины самолетов
Улучшите структуру лезвий.
Лопатки авиационных турбин, обычно имеющие сложные поверхности произвольной формы, требуют достаточно высокой точности изготовления. Более точные и сложные формы лопастей, ставшие возможными благодаря технологиям 3D-печати металлом, помогают максимизировать аэродинамические характеристики. Точный контроль процесса печати позволяет изготавливать лезвия со сложными каналами охлаждения и эффективными изолирующими покрытиями, что значительно повышает их теплоотдачу и термостойкость.
Например, для лопаток турбин компания GE разработала многослойные внешние стенки с использованием аддитивного производства. Такая конструкция повышает термостойкость оригинальных лопаток турбины, тем самым улучшая их охлаждающую способность и, следовательно, рабочую температуру двигателя. В настоящее время уделяется внимание исследованиям, и основным преимуществом технологии 3D-печати металлом при производстве лопаток авиационных турбин является более эффективный метод воздушного охлаждения.
Улучшите характеристики материала.
Высокопроизводительные сплавы, такие как титановые сплавы, жаропрочные сплавы на основе никеля и т. д., могут использоваться в технологиях 3D-печати металлами. Эти материалы выдерживают суровые условия эксплуатации, обладают выдающимися механическими свойствами и стойкостью к окислению. Точно контролируя микроструктуру и размер зерен материалов, технология 3D-печати металлами помогает максимизировать их механические свойства.
Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что добавление дополнительных этапов термообработки помогает превратить мелкие зерна 3D-печатных материалов в более крупные «столбчатые» зерна, более прочные микроструктуры и может снизить потенциал ползучести материала. Эта разработка открывает путь к промышленной 3D-печати лопаток газовых турбин, что позволяет напечатанным на 3D-принтере лопаткам сохранять большую гибкость и долговечность в условиях сильного нагрева.
Признайте легкую архитектуру.
За счет максимального увеличения структуры и распределения материала лезвий технология 3D-печати металлом может обеспечить облегченную конструкцию и, следовательно, меньший вес без ущерба для производительности. Это весьма важно для повышения эффективности полета самолета и повышения топливной экономичности. Например, лопатки турбины из титано-алюминиевого сплава, изготовленные с использованием технологии 3D-печати металлом, почти вдвое легче обычных лопаток из сплава на основе никеля, что значительно снижает расход топлива и выбросы загрязняющих веществ.
Сократите цикл разработки и снизьте затраты.
Быстрое создание прототипов и индивидуальное производство, ставшие возможными благодаря технологии 3D-печати металлом, могут значительно сократить цикл разработки лопаток турбины самолета. Прямая печать сложных геометрических конструкций помогает исключить некоторые процедуры и затраты на пресс-формы при традиционных методах производства, тем самым снижая производственные затраты. Кроме того, отвечая индивидуальным требованиям авиационного сектора, технология 3D-печати металлом также позволяет обеспечить мелкосерийное и многовариантное производство.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/slm-3d-printing-milling-cutter-tools.html