imprimare3D poate permite eficientă de fabricație a structurilor elaborate greu de realizat în mod convențional fără deșeuri, cum ar fi geometriile goale denichel-based superaliaj componentelor aeronautice. Pentru a exploata pe deplin această metodă, trebuie săne mișcăm sprenoi aliaje și procese.

    Conventional de fabricație superaliaj

Superalloys, o familie de amestecuri de metal pe bază denichel, cobalt sau fier, sunt rezistente la deformare la temperaturi ridicate, coroziune și oxidare, mai ales atunci când funcționează la aproape o temperatură ridicată până la punctul lor de topire. Ele au fost mai întâi dezvoltate pentru componente ale turbinelor cu gaz în motoarele turboreactoare și sunt acum utilizate pe scară largă pentru aplicații de înaltă temperatură din industria aerospațială și de generare a energiei electrice. Pentru a realiza aceste proprietăți la temperaturi ridicate (atât mecanice și chimice), controlul microstructurale este critică și este activată printr-o combinație de specific alierea adaosuri de elemente și procese de fabricație atent.

Nickel-based superaliaje, cele mai vechi și cel mai bun-developed superaliaje familie, se bazează pe o microstructură TWOPHASE constând dintr-o fază de consolidare-a dispersie precipitatelor (de L12 cristalografie (Ni, Co) 3 (al, Ti, Ta) )numit γ '-grown într-o matrice de Cr-enriched Ni. pot fi adăugate și alte elemente de aliere, cum ar fi refractarelor (Re, Mo, W) sau metaloide (B, C). Pe baza chimiei lor, aceste aliaje sunt unele dintre cele mai complexe omenirea a proiectat. În timpul procesării convenționale, această precipitare crucială are loc printr-o reacție de difuziune-controlled în timpul răcirii în intervalul de temperatură 1000-750 ° C1

Manufacturing este în mod tradițional \"Ahile. calcaiul aplicațiilor superaliaj--\\ sunetnstructurally proprietăți mecanicenu au fost realizate fără fabricație substractiv lungwinded și costisitoare prin prelucrare a pieselor turnate. Astăzi, vom folosi în continuare procese de turnare de investiții de precizie, care datează din antichitate clasică. De exemplu, pentru a produce o lamă cu turbină motor cu reacție, atât un model de ceară și dioxid de siliciu-based replica a canalelor de răcire suntnecesare pentru a crea o matriță ceramică pentru fiecare componentă produse, în care kilograme de metal topit sunt turnate sub vid. Răcirea la condițiile ambiante durează câteva ore, și este imposibil de a suprima precipitarea y 'precipitatelor în timpul răcirii; mai mult decât atât, foarte atent tratamentul termic ulterior de mai multe ore la-1300 ° C estenevoie~--just sub temperatura de topire--pentru reduce segregarea dendritic chimică din traseul de turnare. În final, prelucrarea estenecesară pentru a forma finală complicate geometria paletelor turbinei. Procesul de turnare de investiții implică mai multe controale chimice și de proces cu deșeuri semnificativscrappage generate în timpul turnării și prelucrarea ulterioară a pieselor pentru turbine: doar aproximativ 10% din capetele superaliaj sus ca goods2 terminat/

. 

3D de imprimare ca onouă cale de procesare pentru superaliaje

Using 3D, sau de fabricație aditiv (AM), în loc de turnare de investiții permite prelucrarea să se producă în mod radical diferit, cu a redus etapele de fabricație și de prelucrare a deșeurilor minime. Laserbased topirea și consolidarea pulbere solidă de câteva zeci de microni în diametru, strat-În-layer, sub intrare directă de la un calculator \\ sistem de proiectarenaided (CAD), conferă un drept-din-yet libertateneexploatată de proiectare : structuri tubulare, spuma-like sau latice-based arhitecturi, cu o utilizare mai eficientă a materialelor într-un aditiv, spre deosebire de mod substractiv. În plus, procesul AM, cu topirea și re ei-melting de dimensiuni pulbere fină lungime microni și scara de timp, conduce la rate ridicate de răcire ale 103-106 ° C-s și un răspuns metalurgic foarte diferit de processing3. Solidificarea dănaștere unei microstructure4 foarte fin, mai degraba decat celulare dendritice, care elimină practic segregarea dendritic găsit în procesarea convențională, eliminândnecesitatea unei etape de omogenizare chimică. Precipitarea γ 'este de asemenea suprimat de viteza de răcire severă, permițândnano-scale de precipitare pentru a fi adaptate în timpul tratamentului termic ulterior pentru îmbunătățirea properties5. Faza de precipitare poate fi optimizată prin proiectarea denoi protocoale de tratament termic pentru obținerea microstructurilor dorite asociate cu rezistență ridicată în superalloys6 AM./-

jet paletelor turbinelornu este încă simplă. Pentru a cu succes tehnici de levier AM în superaliaje, avemnevoie de o mai bună înțelegere a științei procesului; multe aspecte ale acesteia sunt obscure, deoarece elementele de bază ale AM ​​implica mai multe fenomene fizice și chimice de peste solzi de lungime și de timp (vezi Fig. 1). De exemplu, atunci când laserul intră în contact cu pulberea de metal, toate posibile patru stări ale materiei-\\,, vapori de gaz lichidnsolid și plasm--interact7, și foarte puține, dacă există orice fizicabased modele pentru a aborda această complexitate. În plus,natura rapide și repetate cicluri induce termice intense gradientilor termice și stările astfel, chimice, structurale și mecanice care sunt metastabile, declanșând defects8 metalurgice, punând în pericol properties9.---Finally, superaliaje majoritatea convenționalenu pot fi ușor migrat de la turnarea de investiții la imprimarea 3D, deoarece acestea au fost optimizate pentru rute specifice de prelucrare, de exemplu, forjare

welding și turnare. Datorită ciclurilor termice rapidă și repetată a procesului AM,noi compoziții care să profite de acești parametri de procesare pot fi proiectate prin intermediul unei compoziții de calcul \\ datenprocess \\ abordarendriven a microstructura croitor și proprietăți pentru AM rates3 de răcire. clasenoi de superaliaje optimizate pentru imprimare 3D și concepute pentru reducerea defectelor metalurgice, cum ar fi o porozitate și cracking10 înaltă critică \\ componententemperature sunt, prin urmare, cheia pentru a ține comerciale de succesup.----