Je vhodné použiť zliatiny založené na nikle na 3D tlač v priemyselnej výrobe?

Medzi materiálové vlastnosti zliatin na báze niklu patrí ich „prirodzená výhoda“ z toho, že dokážu dobre pracovať pri vysokých teplotách.
Zliatiny založené na nikle (ako napríklad Inconel 625, Inconel 718, Hastelloy X a ďalšie) môžu zostať silní a odolávať oxidácii a korózii pri teplotách medzi 650 a 1 000 stupňami Celzia. Hlavné výhody ich jadra sú uvedené v:
Stabilita pri vysokých teplotách: Keď sa do zliatin na báze niklu pridajú chróm (CR), molybdén (MO), niobium (NB) a ďalšie kovy, vytvárajú silný oxidový film, ktorý môže chrániť pred oxidáciou a koróziou pri vysokých teplotách. Napríklad Inconel 718 má pevnosť v ťahu 1100 MPa pri 650 stupňov, čo je oveľa vyššia ako v prípade typických zliatin hliníka a titánu.
Rezistencia na vzniky a únavový výkon: Zliatiny založené na nikle môžu zostať stabilné pri dlhodobom vysokorýchlostnom zaťažení z dôvodu mechanizmu posilňujúceho zrážok „fázy (NI3 (AL, Ti)) a„ “fázy (NI3NB). Únava životnosti turbínového disku v leteckom motore je po výrobe s inconelom 718 3 d tlačou viac ako o 20% ako s typickými kovanými časťami.
Chemická stabilita: Zliatiny na báze niklu sú veľmi odolné voči korozívnym látkam, ako sú morská voda a kyslé plyny. Veľa sa používajú v námornom inžinierstve a chemickom zariadení.
Zliatiny založené na nikle sú skvelé pre 3D tlač vysokých teplotách z dôvodu týchto vlastností. Platí to najmä pre výrobu zložitých štruktúr, ktoré sú ťažké robiť s tradičnými metódami, čo ukazuje, aké užitočné sú ešte viac.
Adaptabilita procesu: „Technická rezonancia“ medzi 3D tlačou a zliatinami na báze niklu
Pre zliatiny 3D tlače sú potrebné kľúčové technológie vrátane tekutosti materiálu, kontroly tepelného napätia a optimalizácie mikroštruktúry. Súčasný postup hlavného prúdu dosiahol vo svojich aplikáciách úroveň zrelosti:
Meltovanie laserového práškového lôžka (L-PBF):
Výhoda procesu: Veľa energie v malom priestore laser môže úplne roztaviť prášok zliatiny na báze niklu, čím sa diely s hustotou viac ako 99,5%. Napríklad Hunan Huashu High Tech vyrába štrukturálne komponenty leteckých priestorov pomocou L-PBF tlačeného vysokej teploty zliatiny na báze vysokej teploty zliatiny mriežky, ktoré majú veľkosť 750 × 195 × 1035 mm s veľkosťou a hrúbkou 100 μm.
Kontrola mikroštruktúry: Okrem iného môžete okrem iného získať najlepšiu orientáciu na zrno a zrážanie fázou fázou zmenou laserového výkonu a rýchlosti skenovania. Pomocou L-PBF má Avic Maite Aditive Technology vytlačené diely pre in718 Quadcopter Drone. Po tepelnom spracovaní je veľkosť „fázy„ “rovnaká a pevnosť v ťahu je 1300 MPa.
3DP: postrekovanie lepidla
Rovnováha medzi nákladmi a efektívnosťou: Metóda 3DP používa spojivo na selektívne spojovacie kovové prášky. Potom sú prášky rozmiestnené a spekané, aby získali konečný produkt. Vďaka tomu je dobré pre rozsiahlu výrobu. Pomocou technológie 3DP Exone tlačí priemyselné časti vyrobené z zliatin na báze niklu. To šetrí 40% v porovnaní s L-PBF a robí drsnosť povrchu (RA menšia ako alebo rovná 6,3 μm) spĺňa potreby fungujúcich častí.
Miera použitia materiálov: Technika 3DP získava viac ako 95% prášku, ktorý veľa znižuje odpadový odpad. Napríklad výskumný inštitút spoločnosti Shanghai Aerospace Technology Research Institute využíva 3DP tlačené kolesá lietadiel Cobalt Chromium Aircraft, ktoré znížili náklady na materiál o 30% v porovnaní s tradičným odlievaním. Bežný prípad použitia prechádza z „laboratórneho“ do „rozsahu“.
3D tlač zliatiny založenej na nikle sa používa vo významnom meradle v mnohých špičkových priemyselných odvetviach. Jeho hodnota sa prejavuje v lepšom výkone, kratšom čase cyklu a väčšej slobode dizajnu.
Aerospace: Časti pre turbíny: Čepele turbíny na báze niklu vytlačené s L-PBF používajú výroba aditív Guangzhou Sailong. Zlepšením dizajnu chladiacich kanálov vo vnútri sa účinnosť chladenia zvýši o 15% a životnosť čepelí sa zvýši o 30%.
Časť štruktúry horúcej konca: NASA využíva spaľovú komoru vyrobenú z zliatiny medi GRCOP-84 vytlačenej L-PBF. Táto zliatina dokáže zvládnuť vysoké teploty, čo pomáha neustále fungovať ťahovej komore pri 1200 stupňov.
Energetické nástroje:
Jadrová tepelná pohonná miestnosť NASA HR-1 bola vyrobená pomocou AVIC Maite Aditive Technology s použitím procesu LP-DED (LASER riadený energetický depozícia). Má gradient prechodný návrh zliatiny na báze niklu a zliatiny zirkónia, ktorý dokáže zvládnuť veľmi vysoké úrovne žiarenia.
Plynovacia turbína: Siemens Energy kombinuje 20 typických častí do jednej pomocou 3D tlačených trysiek zliatiny na báze zliatiny na báze niklu. Tým sa skráti čas montáže o 80% a emisie NOx o 20%.
Oceánografické inžinierstvo:
Ventil pre hlboké more: 316L zliatiny z nehrdzavejúcej ocele a zliatiny niklu sa používajú na to, aby ventil trval dlhšie vo vysokotlakovej morskej vode. Technika kompozitnej 3D tlače robí posledných 15 rokov namiesto 5.
Ekonomická analýza: od „vysokých nákladov“ po „optimalizáciu celého životného cyklu“
Prášok z ľahkej zliatiny založený na nikle je dosť drahý (okolo 500-200 000/kg), 3D tlač robí veľkými ekonomickými krokmi nasledujúcimi spôsobmi:
Úspory nákladov prostredníctvom optimalizácie dizajnu: Použitie štruktúry optimalizácie topológie môže znížiť použitie materiálu o 30% až 50%. Napríklad platina vytvorila držiak z zliatiny na báze niklu pre určitý typ drona, ktorý je o 45% ľahší a 20% tuhší vďaka biomimetickej štruktúre mriežky.
Urobte kratší cyklus výskumu a vývoja: Zvyčajne trvá 12 až 18 mesiacov, kým sa vytvorí nová čepeľ turbíny, ale 3D tlač a digitálne dvojité technológie môžu tento čas znížiť na 3 až 6 mesiacov. Xi'an Bollite vyrobil disk Turbine Turbine Titanium-hliník pre spoločnosť leteckých motorov, ktorá trvala iba 45 dní, kým sa dostala z dizajnu k testovaniu.
Znížte náklady na udržanie náhradných dielov po ruke: 3D tlač umožňuje „výroba na požiadanie“ a znižuje zásoby náhradných dielov. Boeing začal používať 3D tlačené zliatinové palivové trysky na báze niklu, čo znížilo náklady na zásoby o 60% a dodacie lehoty od 12 týždňov do 1 týždňa.