Sjálfseignarstofnanir, fjölmiðlar og almenningur geta hlaðið niður myndum af vefsíðu MIT Press Office undir Creative Commons Attribution non-commercial, non-afleidd leyfi.Þú mátt ekki breyta meðfylgjandi myndum, aðeins klippa þær í rétta stærð.Nota verður inneign þegar myndir eru afritaðar;„MIT“ inneign fyrir myndir nema tekið sé fram hér að neðan.
Ný hitameðferð sem þróuð var við MIT breytir örbyggingu þrívíddarprentaðra málma, sem gerir efnið sterkara og þolir erfiðara hitauppstreymi.Þessi tækni gæti gert kleift að prenta í þrívídd á afkastamiklum blöðum og blöðum fyrir gastúrbínur og þotuhreyfla sem framleiða rafmagn, sem gerir nýja hönnun kleift að draga úr eldsneytisnotkun og orkunýtni.
Gathverflablöðin í dag eru framleidd með hefðbundnu steypuferli þar sem bráðnum málmi er hellt í flókin form og stífnað í stefnu.Þessir íhlutir eru gerðir úr hitaþolnustu málmblöndur jarðarinnar, þar sem þeir eru hannaðir til að snúast á miklum hraða í mjög heitum lofttegundum, vinna úr vinnu til að framleiða rafmagn í orkuverum og veita þotuhreyflum krafti.
Vaxandi áhugi er á framleiðslu túrbínublaða með þrívíddarprentun, sem, auk umhverfis- og efnahagslegs ávinnings, gerir framleiðendum kleift að framleiða fljótt blað með flóknari og orkusparandi rúmfræði.En tilraunir til að þrívíddarprenta hverflablöð hafa enn ekki yfirstigið eina stóra hindrun: skrið.
Í málmvinnslu er skrið skilið sem tilhneiging málms til að afmyndast óafturkræft við stöðugt vélrænt álag og háan hita.Á meðan vísindamennirnir voru að kanna möguleikann á að prenta hverflablöð komust þeir að því að prentunarferlið framleiðir fínkorn á bilinu tugir upp í hundruð míkrómetra - örbygging sem er sérstaklega viðkvæm fyrir að skríða.
„Í reynd þýðir þetta að gastúrbínan mun hafa styttri líftíma eða vera minna hagkvæm,“ sagði Zachary Cordero, Boeing prófessor í loftferðum við MIT.„Þetta eru dýr slæm úrslit.“
Cordero og félagar hafa fundið leið til að bæta uppbyggingu þrívíddarprentaðra málmblöndur með því að bæta við viðbótar hitameðhöndlunarþrepi sem breytir fínu kornunum af prentuðu efninu í stærri „súlu“ korn – sterkari örbyggingu sem lágmarkar skriðmöguleika efnisins.efni vegna þess að „súlurnar“ eru í takt við ás hámarksálags.Nálgunin sem lýst er í dag í Additive Manufacturing ryður brautina fyrir iðnaðar þrívíddarprentun á gasturbínublöðum, segja vísindamennirnir.
„Í náinni framtíð gerum við ráð fyrir að framleiðendur gastúrbínu prenti blöðin sín í stórum aukefnaverksmiðjum og eftirvinni þau síðan með því að nota okkar hitameðferð,“ sagði Cordero.„Þrívíddarprentun mun gera nýjan kælibúnað sem getur aukið hitauppstreymi túrbína, sem gerir þeim kleift að framleiða sama magn af orku á sama tíma og þeir brenna minna eldsneyti og losa að lokum minna koltvísýring.
Rannsókn Cordero var meðhöfundur af aðalhöfundunum Dominic Pichi, Christopher Carter og Andres Garcia-Jiménez frá Massachusetts Institute of Technology, Anugrahapradha Mukundan og Marie-Agatha Sharpan frá University of Illinois í Urbana-Champaign og Donovan Leonard frá Oak. Ridge National Laboratory.
Nýja aðferð teymisins er form stefnubundinnar endurkristöllunar, hitameðhöndlun sem flytur efni í gegnum heitt svæði á nákvæmlega stýrðum hraða og sameinar mörg smásæ efniskorn í stærri, sterkari og einsleitari kristalla.
Stefna endurkristöllun var fundin upp fyrir meira en 80 árum síðan og notuð á aflögunarhæf efni.Í nýrri rannsókn sinni hefur MIT teymi beitt stýrðri endurkristöllun á þrívíddarprentaða ofurblendi.
Liðið prófaði þessa aðferð á þrívíddarprentuðum ofurblendi sem byggir á nikkel, málmum sem almennt eru steyptir og notaðir í gastúrbínur.Í röð tilrauna settu vísindamennirnir þrívíddarprentaðar sýnishorn af stangalíkum ofurblendi í vatnsbaði við stofuhita beint undir innleiðsluspólu.Þeir drógu hverja stöng hægt upp úr vatninu og fóru í gegnum spólu á mismunandi hraða, og hituðu stangirnar verulega upp í hitastig á bilinu 1200 til 1245 gráður á Celsíus.
Þeir komust að því að það að draga stöngina á ákveðnum hraða (2,5 millimetrum á klukkustund) og við ákveðna hita (1235 gráður á Celsíus) skapar brattan hitastig sem kallar fram umskipti í fínkorna örbyggingu prentmiðilsins.
„Efnið byrjar sem litlar agnir með göllum sem kallast dislocations, eins og brotið spaghetti,“ útskýrði Cordero.„Þegar þú hitar efnið hverfa þessir gallar og endurbyggjast og kornin geta vaxið.korn með því að gleypa gallað efni og smærri korn — ferli sem kallast endurkristöllun.
Eftir að hitameðhöndluðu stangirnar voru kældar, skoðuðu vísindamennirnir örbyggingu þeirra með ljós- og rafeindasmásjáum og komust að því að áprentuðu smásæju kornunum í efninu var skipt út fyrir „súlulaga“ korn, eða löng, kristallík svæði sem voru mun stærri en upprunalega. korn..
„Við endurskipulagðum algjörlega,“ sagði aðalhöfundurinn Dominic Peach.„Við sýnum að við getum aukið kornastærðina um nokkrar stærðargráður til að mynda fjöldann allan af súlulaga kornum, sem ætti fræðilega að leiða til verulegrar endurbóta á skriðeiginleikum.
Teymið sýndi einnig að þeir gætu stjórnað toghraða og hitastigi stangasýnanna til að fínstilla vaxandi korn efnisins og skapa svæði með sérstakri kornastærð og stefnu.Þetta stig stjórnunar gæti gert framleiðendum kleift að prenta hverflablöð með staðbundnum örbyggingum sem hægt er að sníða að sérstökum rekstrarskilyrðum, segir Cordero.
Cordero ætlar að prófa hitameðhöndlun þrívíddarprentaðra hluta nær túrbínublöðunum.Teymið er einnig að skoða leiðir til að flýta fyrir togstyrk auk þess að prófa skriðþol hitameðhöndlaðra mannvirkja.Þeir velta því fyrir sér að hitameðhöndlun gæti gert kleift að nota þrívíddarprentun í hagnýtri notkun til að framleiða túrbínublöð í iðnaðarflokki með flóknari lögun og mynstrum.
„Nýju blöðin og rúmfræði blaðsins munu gera gasturbínur á landi og að lokum flugvélar orkusparnari,“ sagði Cordero.„Frá grunnsjónarmiði gæti þetta dregið úr CO2-losun með því að bæta skilvirkni þessara tækja.“
Pósttími: 15. nóvember 2022
