閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
技術(shù)前沿

金屬3D打印鎳單晶,加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展

來(lái)源:南極熊3D打印網(wǎng)2022-08-01 我要評(píng)論(0 )   

2022年7月27日,NIMS(國(guó)立材料科學(xué)研究所)和大阪大學(xué)工程研究生院,通過(guò)用大半徑平頂激光束照射鎳粉,使用選擇性激光熔化 (SLM) ,成功制造出晶體缺陷很少的鎳單晶體...

2022年7月27日,NIMS(國(guó)立材料科學(xué)研究所)和大阪大學(xué)工程研究生院,通過(guò)用大半徑平頂激光束照射鎳粉,使用選擇性激光熔化 (SLM) ,成功制造出晶體缺陷很少的鎳單晶體。

△2017年西門(mén)子完成全球首個(gè)3D打印渦輪葉片試驗(yàn),隨著該技術(shù)的高速發(fā)展,航空迫切需求耐高溫發(fā)動(dòng)機(jī)部件解決方案

該技術(shù)可用于制造多種單晶材料,包括用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的耐熱材料。


技術(shù)難題

根據(jù)之前的研究進(jìn)展,人們可以使用電子束增材制造制造單晶。然而,該技術(shù)需要昂貴的設(shè)備,并且由于需要真空操作,這種工藝操作成本也很高,從而限制了其廣泛使用。盡管可以使用更便宜的設(shè)備進(jìn)行激光3D打印,但以前使用這種技術(shù)制造單晶,都已失敗告終。

△(a), (e), (i)顯示了垂直于BD的截面上的IPF圖,相應(yīng)的紋理分別顯示在(c), (g), (k)。(b), (f), (i)顯示了橫跨BD的截面上的IPF圖,相應(yīng)的紋理分別顯示在(d, h, l)。所有的IPF都是沿BD軸設(shè)置的。


新技術(shù)

當(dāng)用激光束照射金屬粉末原料時(shí),它會(huì)熔化,形成固液界面。難以在界面附近沿相同方向生長(zhǎng)晶粒,并防止由它們的凝固引起的應(yīng)變誘導(dǎo)缺陷的形成。發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題歸因于傳統(tǒng)高斯激光束的強(qiáng)度分布(即,激光束在光束的橫截面上具有鐘形強(qiáng)度),這導(dǎo)致形成由取向較小的晶粒組成的多晶許多晶界。

該研究團(tuán)隊(duì)使用SLM Solutions制造的商用SLM 280 3D打印機(jī),成功地使用平頂激光束制造了單晶,在鎳粉上形成了平坦的熔池表面。單個(gè)晶粒以相同的方向生長(zhǎng),具有較少的應(yīng)變誘導(dǎo)缺陷。沒(méi)有晶界的單晶容易開(kāi)裂,并且在高溫下非常堅(jiān)固。

△從左到右:激光束照射在粉末床上,產(chǎn)生的圓柱形單晶物體。(右)可以應(yīng)用平頂激光束形成以相同取向排列的晶體,而應(yīng)用傳統(tǒng)的高斯激光束會(huì)導(dǎo)致晶粒取向較小


未來(lái)發(fā)展

這種新技術(shù)可以最大限度地減少,晶體在凝固過(guò)程中的應(yīng)變產(chǎn)生和開(kāi)裂。此外,該技術(shù)不需要使用晶種,從而簡(jiǎn)化了增材制造工藝。除了鎳,這種激光增材制造技術(shù),還可用于將其他金屬和合金加工成單晶物體。

△該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果已發(fā)表在Additive Manufacturing Letters,題目為《通過(guò)平頂激光束選擇性激光熔化制造純鎳單晶體》https://www.nanjixiong.com/thread-155903-1-1.html

隨著對(duì)高溫部件(如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī))使用的增加,對(duì)通過(guò)3D打印開(kāi)發(fā)鎳基高溫合金部件的需求也在增加。由于單晶在高溫下比多晶更堅(jiān)固,因此它們作為耐熱材料的實(shí)際應(yīng)用很有發(fā)展前景。最后,使用更便宜和可以廣泛使用的3D打印技術(shù),與其他金屬和合金一起使用,加速耐熱噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件的開(kāi)發(fā),以創(chuàng)建一系列非常適合航空航天和發(fā)電應(yīng)用的單晶體。


參考資料:https://doi.org/10.1016/j.addlet.2022.100066


轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

南極熊3D打印網(wǎng)增材制造3D打印
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來(lái)源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來(lái)源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀(guān)點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)向本網(wǎng)提出書(shū)面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點(diǎn)評(píng)
0相關(guān)評(píng)論
精彩導(dǎo)讀