Onko sopivaa käyttää nikkelipohjaisia ​​seoksia 3D -tulostukseen teollisuuden valmistuksessa?

Nikkelipohjaisten seosten materiaaliominaisuuksiin sisältyy niiden "luonnollinen etu", kun pystyt toimimaan hyvin korkeissa lämpötiloissa.
Nikkelipohjaiset seokset (sellainen Inconel 625, Inconel 718, Hastelloy X ja muut) voivat pysyä vahvana ja vastustaa hapettumista ja korroosiota lämpötiloissa välillä 650-1000 astetta. Niiden ytimen tärkeimmät edut esitetään:
Stabiilisuus korkeissa lämpötiloissa: Kun kromi (CR), molybdeeni (MO), niobium (NB) ja muut metallit lisätään nikkelipohjaisiin seoksiin, ne luovat paksun oksidikalvon, joka voi suojata hapettumiselta ja korroosiolta korkeissa lämpötiloissa. Esimerkiksi Inconel 718: n vetolujuus on 1100 MPa 650 asteessa, mikä on paljon korkeampi kuin tyypillisissä alumiini- ja titaaniseoksissa.
Creep-resistenssi ja väsymyssuorituskyky: Nikkelipohjaiset seokset voivat pysyä vakaana pitkäaikaisessa korkean lämpötilan kuormituksessa 'vaiheen (NI3 (AL, TI)) ja' '-faasin (Ni3NB) sademäärän vahvistusmekanismin takia. Turbiinilevyn väsymisikä ilma -aluksen moottorissa on yli 20% pidempi sen jälkeen, kun se on valmistettu Inconel 718 3 d -tulostuksella kuin tyypillisillä taottuilla osilla.
Kemiallinen stabiilisuus: Nikkelipohjaiset seokset ovat erittäin kestäviä syövyttäville aineille, kuten meriveden ja happamien kaasujen. Niitä käytetään paljon merenkulun suunnittelussa ja kemiallisissa laitteissa.
Nikkelipohjaiset seokset ovat erinomaisia ​​3D-tulostamiseen korkean lämpötilan osiin näiden ominaisuuksien takia. Tämä pätee erityisesti monimutkaisten rakenteiden tekemiseen, jotka ovat vaikeaa tehdä perinteisten menetelmien kanssa, mikä osoittaa, kuinka hyödyllisiä ne ovat vielä enemmän.
Prosessin mukauttavuus: "Tekninen resonanssi" 3D-tulostuksen ja nikkelipohjaisten seosten välillä
Tärkeimmät tekniikat, mukaan lukien materiaalin virtaus, lämpöjännityksen hallinta ja mikrorakenteen optimointi, tarvitaan 3D-tulostuspohjaisten seoksien tulostamiseen. Nykyinen valtavirran menettely on saavuttanut sovellusten kypsyysasteen:
Laserjauheen sängyn sulaminen (L-PBF):
Prosessin etu: paljon energiaa pienessä avaruuslaserissa voi kokonaan sulattaa nikkelipohjaisen seosjauheen, mikä tekee osista yli 99,5%. Esimerkiksi Hunan Huashu High Tech valmistaa ilmailualan rakenteellisia komponentteja käyttämällä L-PBF-painettuja nikkelipohjaisia ​​korkean lämpötilan seos-hunajakennon ruudukko siipiä, jotka ovat 750 × 195 × 1035 mm kooltaan ja 100 μm paksuisia.
Mikrorakenteen hallinta: Voit saada parhaan viljan suunnan ja sademäärän jakautumisen muuttamalla laservoimaa ja skannausnopeutta muun muassa. L-PBF: n avulla AVIC MAITE -adistitekniikka on tulostettu osia IN718-kvadcopter-droonille. Lämpökäsittelyn jälkeen '' -vaiheen koko on sama kaikkialla, ja vetolujuus on 1300 MPa.
3DP: Suihkutusliima
Tasapaino kustannusten ja tehokkuuden välillä: 3DP -menetelmä käyttää sideainetta metallijauheiden valikoitumiseen. Sen jälkeen jauheet ovat raskautuneita ja sintroituja lopputuotteen saamiseksi. Tämä tekee siitä hyvän laajamittaisen tuotannon. 3DP-tekniikkaa käyttämällä Exone tulostaa teollisuusosat, jotka on valmistettu nikkelipohjaisista seoksista. Tämä säästää 40% L-PBF: ään verrattuna ja tekee pinnan karheuden (RA vähemmän tai yhtä suuri kuin 6,3 μm) täyttämään toimintojen osien tarpeet.
Materiaalien käyttö: 3DP -tekniikka palauttaa yli 95% jauheesta, mikä vähentää materiaalijätteitä paljon. Esimerkiksi Shanghai Aerospace Technology Research Institute käyttää 3DP -painettuja kobolttikromiseoksen lentokoneiden moottorin juoksupyöriä, jotka vähentävät materiaalikustannuksia 30% verrattuna perinteiseen valuun. Yleinen käyttötapaus menee "laboratoriosta" "mittakaavaan".
Nikkelipohjainen seos 3D-tulostusta on käytetty merkittävässä mittakaavassa monilla huippuluokan teollisuusteollisuudessa. Sen arvo on näytetty paremmassa suorituskyvyssä, lyhyemmissä sykli -aikoissa ja enemmän suunnitteluvapautta.
Aerospace: Turbiinien osat: L-PBF: llä painettuja nikkelipohjaisia ​​seosturbiiniterät käyttävät Guangzhou Sailong Additive Manufacturing. Parannalla sisäpuolella olevien jäähdytyskanavien suunnittelua jäähdytystehokkuus nousee 15% ja terien käyttöikä nousee 30%.
Osa Hot End -rakenteesta: NASA käyttää GRCOP-84-kuparin nikkeli-seoksesta valmistettua palamiskammiota. Tämä seos pystyy käsittelemään korkeita lämpötiloja, mikä auttaa työntökammiota tasaisesti 1200 asteessa.
Energiatyökalut:
NASA: n HR-1-ydinlämpövoimahuone valmistettiin AVIC MAITE -ainetekniikalla käyttämällä LP-DED (lasersuunniteltu energian laskeuma) -prosessi. Siinä on nikkelipohjaisen seoksen ja zirkoniumseoksen gradienttimuutossuunnittelu, joka pystyy käsittelemään erittäin korkeaa säteilytasoa.
Kaasuturbiini: Siemens Energy yhdistää 20 tyypillistä osaa yhdeksi käyttämällä 3D-painettuja nikkelipohjaisia ​​seospolttimen suuttimia. Tämä lyhentää kokoonpanoaikaa 80% ja NAx -päästöt 20%.
Oceanographic -tekniikka:
Syvänmeren venttiili: 316L ruostumattomasta teräksestä ja nikkelipohjaisesta seoksesta käytetään venttiilin kestämiseen korkeapaineen merivedessä. Yhdistelmä 3D -tulostustekniikka tekee siitä viimeisen 15 vuoden viiden sijasta.
Taloudellinen analyysi: "Korkeista kustannuksista" "koko elinkaaren optimointiin"
Nikkelipohjainen seosjauhe on melko kallista (noin 500–2000/kg), mutta 3D-tulostus tekee suuria taloudellisia askelia seuraavilla tavoilla:
Kustannussäästöt suunnittelun optimoinnin avulla: Topologian optimointirakenteen käyttäminen voi vähentää materiaalin käyttöä 30-50%. Esimerkiksi Platinum teki kiinnikkeen nikkelipohjaisesta seoksesta tietyntyyppiselle droonille, joka on 45% kevyempi ja 20% jäykempi biomimeettisen hilan rakenteen ansiosta.
Tee tutkimus- ja kehitysjakso lyhyempi: Uuden turbiinin terän valmistus kestää yleensä 12–18 kuukautta, mutta 3D -tulostus ja digitaalinen kaksoistekniikka voivat vähentää kyseisen ajan 3–6 kuukauteen. Xi'an Bolite teki titaanialumiini-seosturbiinilevyn ilmailumoottoriyritykselle, jonka suunnittelusta kesti vain 45 päivää testiin.
Laske varaosien pitämisen kustannuksia käsillä: 3D-tulostus tekee "on-demandin valmistuksen" mahdolliseksi ja vähentää varaosien inventaariota. Boeing on alkanut käyttää 3D-painettuja nikkelipohjaisia ​​seospolttoainesuuttimia, jotka leikkasivat varastokustannuksia 60 prosentilla ja toimitusaikoina 12 viikosta 1 viikkoon.