Οι μη κερδοσκοπικοί οργανισμοί, τα μέσα ενημέρωσης και το κοινό μπορούν να πραγματοποιούν λήψη εικόνων από τον ιστότοπο του Γραφείου Τύπου του MIT υπό την άδεια Creative Commons Attribution μη εμπορική, μη παράγωγη.Δεν πρέπει να τροποποιήσετε τις παρεχόμενες εικόνες, μόνο να τις περικόψετε στο σωστό μέγεθος.Οι πιστώσεις πρέπει να χρησιμοποιούνται κατά την αντιγραφή εικόνων.Πίστωση "MIT" για εικόνες εκτός αν αναφέρεται παρακάτω.
Μια νέα θερμική επεξεργασία που αναπτύχθηκε στο MIT αλλάζει τη μικροδομή των 3D εκτυπωμένων μετάλλων, καθιστώντας το υλικό ισχυρότερο και πιο ανθεκτικό σε ακραίες θερμικές συνθήκες.Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να επιτρέψει την τρισδιάστατη εκτύπωση λεπίδων και πτερυγίων υψηλής απόδοσης για αεριοστρόβιλους και κινητήρες τζετ που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, επιτρέποντας νέα σχέδια να μειώσουν την κατανάλωση καυσίμου και την ενεργειακή απόδοση.
Τα σημερινά πτερύγια αεριοστροβίλων κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας μια παραδοσιακή διαδικασία χύτευσης κατά την οποία το λιωμένο μέταλλο χύνεται σε περίπλοκα σχήματα και στερεοποιείται κατευθυντικά.Αυτά τα εξαρτήματα είναι κατασκευασμένα από μερικά από τα πιο ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα μετάλλων στον πλανήτη, καθώς είναι σχεδιασμένα να περιστρέφονται με υψηλές ταχύτητες σε εξαιρετικά καυτά αέρια, εξάγοντας έργο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας και παρέχουν ώθηση για κινητήρες τζετ.
Υπάρχει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για την παραγωγή πτερυγίων στροβίλων με χρήση τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία, εκτός από περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη, επιτρέπει στους κατασκευαστές να παράγουν γρήγορα πτερύγια με πιο σύνθετες και ενεργειακά αποδοτικές γεωμετρίες.Αλλά οι προσπάθειες για τρισδιάστατη εκτύπωση πτερυγίων στροβίλων δεν έχουν ακόμη ξεπεράσει ένα μεγάλο εμπόδιο: τον ερπυσμό.
Στη μεταλλουργία, ερπυσμός νοείται ως η τάση ενός μετάλλου να παραμορφώνεται μη αναστρέψιμα υπό συνεχή μηχανική καταπόνηση και υψηλή θερμοκρασία.Ενώ οι ερευνητές διερευνούσαν τη δυνατότητα εκτύπωσης λεπίδων τουρμπίνας, διαπίστωσαν ότι η διαδικασία εκτύπωσης παράγει λεπτούς κόκκους που κυμαίνονται σε μέγεθος από δεκάδες έως εκατοντάδες μικρόμετρα - μια μικροδομή που είναι ιδιαίτερα επιρρεπής σε ερπυσμό.
«Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι ο αεριοστρόβιλος θα έχει μικρότερη διάρκεια ζωής ή θα είναι λιγότερο οικονομικός», δήλωσε ο Zachary Cordero, καθηγητής αεροδιαστημικής Boeing στο MIT.«Αυτά είναι δαπανηρά κακά αποτελέσματα».
Ο Cordero και οι συνεργάτες του βρήκαν έναν τρόπο να βελτιώσουν τη δομή των τρισδιάστατων εκτυπωμένων κραμάτων προσθέτοντας ένα πρόσθετο βήμα θερμικής επεξεργασίας που μετατρέπει τους λεπτούς κόκκους του τυπωμένου υλικού σε μεγαλύτερους κόκκους «στηλών» - μια ισχυρότερη μικροδομή που ελαχιστοποιεί τη δυνατότητα ερπυσμού του υλικού.υλικό επειδή οι «κολώνες» είναι ευθυγραμμισμένες με τον άξονα της μέγιστης τάσης.Η προσέγγιση που περιγράφεται σήμερα στο Additive Manufacturing ανοίγει το δρόμο για τη βιομηχανική τρισδιάστατη εκτύπωση πτερυγίων αεριοστροβίλων, λένε οι ερευνητές.
«Στο εγγύς μέλλον, αναμένουμε από τους κατασκευαστές αεριοστροβίλων να εκτυπώσουν τα πτερύγια τους σε μεγάλης κλίμακας εργοστάσια παραγωγής πρόσθετων και στη συνέχεια να τα επεξεργαστούν μετά τη θερμική επεξεργασία μας», είπε ο Cordero.«Η 3D εκτύπωση θα επιτρέψει νέες αρχιτεκτονικές ψύξης που μπορούν να αυξήσουν τη θερμική απόδοση των στροβίλων, επιτρέποντάς τους να παράγουν την ίδια ποσότητα ισχύος ενώ θα καίνε λιγότερο καύσιμο και τελικά θα εκπέμπουν λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα».
Η μελέτη του Cordero συντάχθηκε από τους κύριους συγγραφείς Dominic Pichi, Christopher Carter και Andres Garcia-Jiménez του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, Anugrahapradha Mukundan και Marie-Agatha Sharpan από το Πανεπιστήμιο του Illinois στο Urbana-Champaign και τον Donovan Leonard του Oak. Εθνικό Εργαστήριο Ridge.
Η νέα μέθοδος της ομάδας είναι μια μορφή κατευθυντικής ανακρυστάλλωσης, μια θερμική επεξεργασία που μετακινεί το υλικό μέσω μιας θερμής ζώνης με επακριβώς ελεγχόμενο ρυθμό, συντήκοντας πολλούς μικροσκοπικούς κόκκους του υλικού σε μεγαλύτερους, ισχυρότερους, πιο ομοιόμορφους κρυστάλλους.
Η κατευθυντική ανακρυστάλλωση εφευρέθηκε πριν από περισσότερα από 80 χρόνια και εφαρμόστηκε σε παραμορφώσιμα υλικά.Στη νέα τους μελέτη, μια ομάδα του MIT εφάρμοσε κατευθυνόμενη ανακρυστάλλωση σε τρισδιάστατα εκτυπωμένα υπερκράματα.
Η ομάδα δοκίμασε αυτή τη μέθοδο σε 3D εκτυπωμένα υπερκράματα με βάση το νικέλιο, μέταλλα που συνήθως χυτεύονται και χρησιμοποιούνται σε αεριοστρόβιλους.Σε μια σειρά πειραμάτων, οι ερευνητές τοποθέτησαν τρισδιάστατα εκτυπωμένα δείγματα υπερκράματα που μοιάζουν με ράβδο σε ένα λουτρό νερού σε θερμοκρασία δωματίου ακριβώς κάτω από ένα επαγωγικό πηνίο.Τραβούσαν αργά κάθε ράβδο έξω από το νερό και την περνούσαν μέσα από ένα πηνίο με διαφορετικές ταχύτητες, θερμαίνοντας σημαντικά τις ράβδους σε θερμοκρασίες που κυμαίνονταν από 1200 έως 1245 βαθμούς Κελσίου.
Ανακάλυψαν ότι το τράβηγμα της ράβδου με μια ορισμένη ταχύτητα (2,5 χιλιοστά την ώρα) και σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία (1235 βαθμοί Κελσίου) δημιουργεί μια απότομη διαβάθμιση θερμοκρασίας που προκαλεί μια μετάβαση στη μικροδομή των λεπτών κόκκων του μέσου εκτύπωσης.
«Το υλικό ξεκινά ως μικρά σωματίδια με ελαττώματα που ονομάζονται εξαρθρήματα, όπως σπασμένα μακαρόνια», εξήγησε ο Cordero.«Όταν θερμαίνεις το υλικό, αυτά τα ελαττώματα εξαφανίζονται και ξαναδημιουργούνται και οι κόκκοι μπορούν να αναπτυχθούν.κόκκους απορροφώντας ελαττωματικό υλικό και μικρότερους κόκκους—μια διαδικασία που ονομάζεται ανακρυστάλλωση».
Αφού ψύξαν τις θερμικά επεξεργασμένες ράβδους, οι ερευνητές εξέτασαν τη μικροδομή τους χρησιμοποιώντας οπτικά και ηλεκτρονικά μικροσκόπια και διαπίστωσαν ότι οι αποτυπωμένοι μικροσκοπικοί κόκκοι του υλικού αντικαταστάθηκαν από κόκκους «κολονιού» ή μακριές, κρυσταλλικές περιοχές που ήταν πολύ μεγαλύτερες από την αρχική. δημητριακά..
«Αναδιαρθρώσαμε πλήρως», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Dominic Peach.«Δείχνουμε ότι μπορούμε να αυξήσουμε το μέγεθος των κόκκων κατά πολλές τάξεις μεγέθους για να σχηματίσουμε έναν μεγάλο αριθμό στηλών κόκκων, που θεωρητικά θα πρέπει να οδηγήσει σε σημαντική βελτίωση των ιδιοτήτων ερπυσμού».
Η ομάδα έδειξε επίσης ότι μπορούσαν να ελέγξουν τον ρυθμό έλξης και τη θερμοκρασία των δειγμάτων της ράβδου για να τελειοποιήσουν τους αναπτυσσόμενους κόκκους του υλικού, δημιουργώντας περιοχές με συγκεκριμένο μέγεθος κόκκου και προσανατολισμό.Αυτό το επίπεδο ελέγχου θα μπορούσε να επιτρέψει στους κατασκευαστές να εκτυπώσουν πτερύγια στροβίλων με μικροδομές ειδικά για την τοποθεσία που μπορούν να προσαρμοστούν σε συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας, λέει ο Cordero.
Η Cordero σχεδιάζει να δοκιμάσει τη θερμική επεξεργασία των 3D εκτυπωμένων εξαρτημάτων πιο κοντά στα πτερύγια του στροβίλου.Η ομάδα εξετάζει επίσης τρόπους για να επιταχύνει την αντοχή σε εφελκυσμό καθώς και να δοκιμάζει την αντίσταση ερπυσμού των κατασκευών που έχουν υποστεί θερμική επεξεργασία.Στη συνέχεια, εικάζουν ότι η θερμική επεξεργασία θα μπορούσε να επιτρέψει την πρακτική εφαρμογή της τρισδιάστατης εκτύπωσης για την παραγωγή λεπίδων τουρμπίνας βιομηχανικής ποιότητας με πιο πολύπλοκα σχήματα και σχέδια.
«Τα νέα πτερύγια και η γεωμετρία των πτερυγίων θα κάνουν τους χερσαίους αεριοστρόβιλους και, τελικά, τους κινητήρες των αεροσκαφών πιο ενεργειακά αποδοτικούς», δήλωσε ο Cordero.«Από μια βασική προοπτική, αυτό θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές CO2 βελτιώνοντας την απόδοση αυτών των συσκευών».
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-15-2022
