Voittoa tavoittelemattomat organisaatiot, media ja yleisö voivat ladata kuvia MIT:n lehdistötoimiston verkkosivustolta Creative Commons Attribution -lisenssillä, ei-kaupallisella, ei-johdannaisella lisenssillä.Et saa muokata toimitettuja kuvia, vain rajata ne oikeaan kokoon.Kuvia kopioitaessa on käytettävä krediittejä;"MIT" -hyvitys kuville, ellei alla mainita.
MIT:ssä kehitetty uusi lämpökäsittely muuttaa 3D-tulostettujen metallien mikrorakennetta tehden materiaalista vahvemman ja kestävämmän äärimmäisiä lämpöolosuhteita.Tämä tekniikka voisi mahdollistaa korkean suorituskyvyn siipien ja siipien 3D-tulostuksen sähköä tuottaviin kaasuturbiineihin ja suihkumoottoreihin, mikä mahdollistaa uusien mallien polttoaineenkulutuksen ja energiatehokkuuden vähentämisen.
Nykypäivän kaasuturbiinien siivet valmistetaan perinteisellä valuprosessilla, jossa sula metalli kaadetaan monimutkaisiin muotoihin ja jähmettyy suunnattuna.Nämä komponentit on valmistettu joistakin planeetan lämmönkestävimmistä metalliseoksista, koska ne on suunniteltu pyörimään suurilla nopeuksilla erittäin kuumissa kaasuissa, jolloin ne tuottavat sähköä voimalaitoksissa ja tarjoavat työntövoimaa suihkumoottoreille.
Kiinnostus turbiinien siipien tuotantoon 3D-tulostuksella kasvaa, mikä ympäristö- ja taloudellisten hyötyjen lisäksi antaa valmistajille mahdollisuuden valmistaa nopeasti siipiä, joiden geometria on monimutkaisempi ja energiatehokkaampi.Mutta turbiinien siipien 3D-tulostusyritykset eivät ole vielä voineet yhtä suurta estettä: virumista.
Metallurgiassa viruminen ymmärretään metallin taipumukseksi muuttua palautumattomasti jatkuvassa mekaanisessa rasituksessa ja korkeassa lämpötilassa.Samalla kun tutkijat tutkivat mahdollisuutta tulostaa turbiinien siipiä, he havaitsivat, että painatusprosessi tuottaa hienoja rakeita, joiden koko vaihtelee kymmenistä mikrometreistä satoihin mikrometreihin – mikrorakenne, joka on erityisen altis virumiselle.
"Käytännössä tämä tarkoittaa, että kaasuturbiinilla on lyhyempi käyttöikä tai se on vähemmän taloudellinen", sanoi Zachary Cordero, Boeingin ilmailualan professori MIT:stä."Nämä ovat kalliita huonoja tuloksia."
Cordero ja kollegat ovat löytäneet tavan parantaa 3D-tulostettujen metalliseosten rakennetta lisäämällä lisälämpökäsittelyvaiheeseen, joka muuttaa painetun materiaalin hienot rakeet suuremmiksi "pylväsmäisiksi" rakeiksi – vahvemmaksi mikrorakenteeksi, joka minimoi materiaalin virumispotentiaalin.materiaalia, koska "pilarit" ovat kohdakkain suurimman jännityksen akselin kanssa.Tänään Additive Manufacturingissa hahmoteltu lähestymistapa tasoittaa tietä kaasuturbiinien siipien teolliseen 3D-tulostukseen, tutkijat sanovat.
"Odotamme lähitulevaisuudessa kaasuturbiinien valmistajien tulostavan siipiään suurissa lisäaineiden valmistuslaitoksissa ja jälkikäsittelyn ne sitten lämpökäsittelyllämme", Cordero sanoi."3D-tulostus mahdollistaa uudet jäähdytysarkkitehtuurit, jotka voivat lisätä turbiinien lämpötehokkuutta, jolloin ne voivat tuottaa saman määrän tehoa polttaen samalla vähemmän polttoainetta ja päästäen lopulta vähemmän hiilidioksidia."
Corderon tutkimuksen ovat kirjoittaneet johtavat kirjailijat Dominic Pichi, Christopher Carter ja Andres Garcia-Jiménez Massachusetts Institute of Technologysta, Anugrahapradha Mukundan ja Marie-Agatha Sharpan Illinoisin yliopistosta Urbana-Champaignissa sekä Donovan Leonard Oakista. Ridgen kansallinen laboratorio.
Ryhmän uusi menetelmä on suunnattu uudelleenkiteytys, lämpökäsittely, joka siirtää materiaalia kuuman alueen läpi tarkasti säädetyllä nopeudella ja sulattaa monet mikroskooppiset materiaalin rakeet suurempiin, vahvempiin, yhtenäisemmiksi kiteiksi.
Suunnattu uudelleenkiteytys keksittiin yli 80 vuotta sitten ja sitä sovellettiin muotoaan muuttaviin materiaaleihin.Uudessa tutkimuksessaan MIT-tiimi on soveltanut suunnattua uudelleenkiteytystä 3D-tulostettuihin superseoksiin.
Tiimi testasi tätä menetelmää 3D-tulostetuilla nikkelipohjaisilla superseoksilla, metalleilla, joita yleisesti valetaan ja käytetään kaasuturbiineissa.Koesarjassa tutkijat asettivat 3D-tulostettuja näytteitä sauvamaisista superseoksista huoneenlämpöiseen vesihauteeseen suoraan induktiokäämin alle.He vetivät hitaasti jokaisen sauvan ulos vedestä ja kuljettivat sen kelan läpi eri nopeuksilla, lämmittäen tangot merkittävästi 1200-1245 celsiusasteen lämpötiloihin.
He havaitsivat, että tangon vetäminen tietyllä nopeudella (2,5 millimetriä tunnissa) ja tietyssä lämpötilassa (1235 celsiusastetta) luo jyrkän lämpötilagradientin, joka laukaisee muutoksen painomateriaalin hienorakeisessa mikrorakenteessa.
"Materiaali alkaa pieninä hiukkasina, joissa on vikoja, joita kutsutaan sijoiltaan, kuten rikkoutuneeksi spagettiksi", Cordero selitti.”Kun materiaalia lämmitetään, nämä viat katoavat ja rakentuvat uudelleen, ja jyvät voivat kasvaa.rakeita absorboimalla viallista materiaalia ja pienempiä rakeita – tätä prosessia kutsutaan uudelleenkiteytykseksi.”
Lämpökäsiteltyjen sauvojen jäähdyttämisen jälkeen tutkijat tutkivat niiden mikrorakennetta optisilla ja elektronimikroskopeilla ja havaitsivat, että materiaalin painatetut mikroskooppiset rakeet korvattiin "pylväsmäisillä" rakeilla tai pitkillä, kristallimaisilla alueilla, jotka olivat paljon suurempia kuin alkuperäinen. jyviä..
"Teimme rakenteen kokonaan uudelleen", sanoi pääkirjailija Dominic Peach."Näytämme, että voimme kasvattaa raekokoa useilla suuruusluokilla muodostaen suuren määrän pylväsmäisiä rakeita, minkä pitäisi teoriassa johtaa merkittävään virumisominaisuuksien paranemiseen."
Tiimi osoitti myös, että he pystyivät säätelemään sauvanäytteiden vetonopeutta ja lämpötilaa materiaalin kasvavien rakeiden hienosäätämiseksi ja luomaan alueita, joilla on tietty raekoko ja -suunta.Tämän tason ohjauksen avulla valmistajat voivat tulostaa turbiinien siipiä paikkakohtaisilla mikrorakenteilla, jotka voidaan räätälöidä tiettyihin käyttöolosuhteisiin, Cordero sanoo.
Cordero aikoo testata 3D-tulostettujen osien lämpökäsittelyä lähempänä turbiinin siipiä.Tiimi tutkii myös tapoja nopeuttaa vetolujuutta sekä testata lämpökäsiteltyjen rakenteiden virumisenkestävyyttä.Sitten he spekuloivat, että lämpökäsittely voisi mahdollistaa 3D-tulostuksen käytännön soveltamisen teollisuusluokan turbiinien siipien tuottamiseksi monimutkaisemmilla muodoilla ja kuvioilla.
"Uudet siivet ja siipien geometria tekevät maalla toimivista kaasuturbiineista ja viime kädessä lentokoneiden moottoreista energiatehokkaampia", Cordero sanoi."Perustason näkökulmasta tämä voisi vähentää CO2-päästöjä parantamalla näiden laitteiden tehokkuutta."
Postitusaika: 15.11.2022
