Neziskové organizace, média a veřejnost si mohou stáhnout obrázky z webových stránek tiskového oddělení MIT pod licencí Creative Commons Attribution pro nekomerční, neodvozenou licenci.Poskytnuté obrázky nesmíte upravovat, pouze je oříznout na správnou velikost.Při kopírování obrázků je nutné použít kredity;Kredit „MIT“ za obrázky, pokud není uvedeno níže.
Nové tepelné zpracování vyvinuté na MIT mění mikrostrukturu 3D tištěných kovů, díky čemuž je materiál pevnější a odolnější vůči extrémním teplotním podmínkám.Tato technologie by mohla umožnit 3D tisk vysoce výkonných lopatek a lopatek pro plynové turbíny a proudové motory, které vyrábějí elektřinu, což umožní nové návrhy snižující spotřebu paliva a energetickou účinnost.
Dnešní lopatky plynových turbín se vyrábějí tradičním procesem odlévání, při kterém se roztavený kov odlévá do složitých tvarů a směrově tuhne.Tyto součásti jsou vyrobeny z některých tepelně nejodolnějších kovových slitin na planetě, protože jsou navrženy tak, aby se točily vysokou rychlostí v extrémně horkých plynech, těžily práci při výrobě elektřiny v elektrárnách a poskytovaly tah pro proudové motory.
Roste zájem o výrobu lopatek turbín pomocí 3D tisku, který kromě ekologických a ekonomických výhod umožňuje výrobcům rychle vyrábět lopatky se složitějšími a energeticky efektivnějšími geometriemi.Snahy o 3D tisk lopatek turbíny však ještě musí překonat jednu velkou překážku: plížení.
V metalurgii se tečením rozumí tendence kovu k nevratné deformaci při stálém mechanickém namáhání a vysoké teplotě.Zatímco výzkumníci zkoumali možnost tisku lopatek turbíny, zjistili, že tiskový proces produkuje jemná zrna o velikosti od desítek do stovek mikrometrů – mikrostrukturu, která je obzvláště náchylná k tečení.
"V praxi to znamená, že plynová turbína bude mít kratší životnost nebo bude méně ekonomická," řekl Zachary Cordero, profesor letectví Boeingu na MIT."To jsou drahé špatné výsledky."
Cordero a kolegové našli způsob, jak zlepšit strukturu 3D tištěných slitin přidáním dalšího kroku tepelného zpracování, který přemění jemná zrna tištěného materiálu na větší „sloupcová“ zrna – silnější mikrostrukturu, která minimalizuje potenciál tečení materiálu.materiál, protože „pilíře“ jsou zarovnány s osou maximálního napětí.Přístup nastíněný dnes v Aditivní výrobě připravuje cestu pro průmyslový 3D tisk lopatek plynových turbín, říkají vědci.
„V blízké budoucnosti očekáváme, že výrobci plynových turbín vytisknou své lopatky ve velkých závodech na výrobu aditiv a následně je zpracují pomocí našeho tepelného zpracování,“ řekl Cordero.„3D tisk umožní nové chladicí architektury, které mohou zvýšit tepelnou účinnost turbín, což jim umožní vyrábět stejné množství energie, přičemž spálí méně paliva a nakonec vypustí méně oxidu uhličitého.“
Na Corderově studii se podíleli hlavní autoři Dominic Pichi, Christopher Carter a Andres Garcia-Jiménez z Massachusetts Institute of Technology, Anugrahapradha Mukundan a Marie-Agatha Sharpan z University of Illinois v Urbana-Champaign a Donovan Leonard z Oak Ridge National Laboratory.
Nová metoda týmu je formou směrové rekrystalizace, tepelného zpracování, které pohybuje materiálem přes horkou zónu přesně řízenou rychlostí a spojuje mnoho mikroskopických zrn materiálu do větších, silnějších a jednotnějších krystalů.
Směrová rekrystalizace byla vynalezena před více než 80 lety a aplikována na deformovatelné materiály.Ve své nové studii tým MIT aplikoval řízenou rekrystalizaci na 3D tištěné superslitiny.
Tým testoval tuto metodu na 3D tištěných superslitinách na bázi niklu, kovech běžně odlévaných a používaných v plynových turbínách.V sérii experimentů vědci umístili 3D vytištěné vzorky tyčovitých superslitin do vodní lázně při pokojové teplotě přímo pod indukční cívku.Každý prut pomalu vytáhli z vody a protáhli ho cívkou různými rychlostmi, čímž se pruty výrazně zahřály na teploty v rozmezí od 1200 do 1245 stupňů Celsia.
Zjistili, že tažením tyče při určité rychlosti (2,5 milimetru za hodinu) a při určité teplotě (1235 stupňů Celsia) vzniká strmý teplotní gradient, který spouští přechod v jemnozrnné mikrostruktuře tiskového média.
"Materiál začíná jako malé částice s defekty nazývanými dislokace, jako jsou rozbité špagety," vysvětlil Cordero.„Když materiál zahřejete, tyto defekty zmizí a znovu se vytvoří a zrna mohou růst.zrna absorbováním defektního materiálu a menších zrn – proces zvaný rekrystalizace.
Po ochlazení tepelně zpracovaných tyčinek zkoumali vědci jejich mikrostrukturu pomocí optických a elektronových mikroskopů a zjistili, že otištěná mikroskopická zrna materiálu byla nahrazena „sloupovitými“ zrny nebo dlouhými oblastmi podobnými krystalům, které byly mnohem větší než původní. zrna..
"Zcela jsme restrukturalizovali," řekl hlavní autor Dominic Peach."Ukazujeme, že můžeme zvětšit velikost zrna o několik řádů, abychom vytvořili velké množství sloupcových zrn, což by teoreticky mělo vést k významnému zlepšení vlastností tečení."
Tým také ukázal, že mohou řídit rychlost tahu a teplotu vzorků tyče, aby doladili rostoucí zrna materiálu a vytvořili oblasti specifické velikosti a orientace zrna.Tato úroveň kontroly by mohla výrobcům umožnit tisk lopatek turbíny s mikrostrukturami pro konkrétní místo, které lze přizpůsobit konkrétním provozním podmínkám, říká Cordero.
Cordero plánuje otestovat tepelné zpracování 3D tištěných dílů blíže k lopatkám turbíny.Tým také hledá způsoby, jak urychlit pevnost v tahu, stejně jako testování odolnosti tepelně upravených konstrukcí proti tečení.Poté spekulují, že tepelné zpracování by mohlo umožnit praktickou aplikaci 3D tisku k výrobě průmyslových lopatek turbín se složitějšími tvary a vzory.
„Nové lopatky a geometrie lopatek učiní pozemní plynové turbíny a nakonec i letecké motory energeticky účinnější,“ řekl Cordero."Ze základního hlediska by to mohlo snížit emise CO2 zlepšením účinnosti těchto zařízení."
Čas odeslání: 15. listopadu 2022
