Ang mga non-profit na organisasyon, media, at publiko ay maaaring mag-download ng mga larawan mula sa website ng MIT Press Office sa ilalim ng Creative Commons Attribution non-commercial, non-derivative na lisensya.Hindi mo dapat baguhin ang mga ibinigay na larawan, i-crop lamang ang mga ito sa tamang sukat.Dapat gamitin ang mga kredito kapag kumukopya ng mga larawan;"MIT" credit para sa mga larawan maliban kung nakasaad sa ibaba.
Ang isang bagong heat treatment na binuo sa MIT ay nagbabago sa microstructure ng 3D printed na mga metal, na ginagawang mas malakas ang materyal at mas lumalaban sa matinding thermal na kondisyon.Maaaring paganahin ng teknolohiyang ito ang 3D na pag-print ng mga blades at vane na may mataas na pagganap para sa mga gas turbine at jet engine na gumagawa ng kuryente, na nagbibigay-daan sa mga bagong disenyo na bawasan ang pagkonsumo ng gasolina at kahusayan ng enerhiya.
Ang mga gas turbine blades ngayon ay ginawa gamit ang isang tradisyunal na proseso ng paghahagis kung saan ang nilusaw na metal ay ibinubuhos sa mga kumplikadong hugis at pinatitibay sa direksyon.Ang mga sangkap na ito ay ginawa mula sa ilan sa mga pinaka-init-lumalaban na metal na haluang metal sa planeta, dahil ang mga ito ay idinisenyo upang umiikot sa mataas na bilis sa sobrang init na mga gas, kumuha ng trabaho upang makabuo ng kuryente sa mga power plant at magbigay ng thrust para sa mga jet engine.
Mayroong lumalagong interes sa paggawa ng mga turbine blades gamit ang 3D printing, na, bilang karagdagan sa mga benepisyo sa kapaligiran at pang-ekonomiya, ay nagbibigay-daan sa mga tagagawa na mabilis na makagawa ng mga blades na may mas kumplikado at matipid sa enerhiya na mga geometries.Ngunit ang mga pagsisikap sa 3D print turbine blades ay hindi pa nagtagumpay sa isang malaking hadlang: creep.
Sa metalurhiya, ang creep ay nauunawaan bilang ang ugali ng isang metal na hindi maibabalik ang anyo sa ilalim ng patuloy na mekanikal na stress at mataas na temperatura.Habang sinusuri ng mga mananaliksik ang posibilidad ng pag-print ng mga blades ng turbine, nalaman nila na ang proseso ng pag-print ay gumagawa ng mga pinong butil na may sukat mula sampu hanggang daan-daang micrometers—isang microstructure na partikular na madaling gumapang.
"Sa pagsasagawa, nangangahulugan ito na ang gas turbine ay magkakaroon ng mas maikling buhay o hindi gaanong matipid," sabi ni Zachary Cordero, propesor ng Boeing ng aerospace sa MIT."Ito ay mamahaling masamang resulta."
Nakahanap si Cordero at mga kasamahan ng paraan para pahusayin ang istruktura ng mga 3D printed alloy sa pamamagitan ng pagdaragdag ng karagdagang hakbang sa heat treatment na ginagawang mas malalaking butil ng "columnar" ang mga pinong butil ng naka-print na materyal - isang mas malakas na microstructure na nagpapaliit sa potensyal na gumagapang ng materyal.materyal dahil ang "mga haligi" ay nakahanay sa axis ng maximum na diin.Ang diskarte na nakabalangkas ngayon sa Additive Manufacturing ay nagbibigay daan para sa pang-industriyang 3D na pag-print ng mga blades ng gas turbine, sabi ng mga mananaliksik.
"Sa malapit na hinaharap, inaasahan namin na ang mga tagagawa ng gas turbine ay magpi-print ng kanilang mga blades sa malakihang additive manufacturing plant at pagkatapos ay i-post-process ang mga ito gamit ang aming heat treatment," sabi ni Cordero."Ang pag-print ng 3D ay magbibigay-daan sa mga bagong arkitektura ng paglamig na maaaring magpapataas ng thermal efficiency ng mga turbine, na nagpapahintulot sa kanila na makagawa ng parehong dami ng kapangyarihan habang nagsusunog ng mas kaunting gasolina at sa huli ay naglalabas ng mas kaunting carbon dioxide."
Ang pag-aaral ni Cordero ay co-authored ng mga lead author na sina Dominic Pichi, Christopher Carter, at Andres Garcia-Jiménez ng Massachusetts Institute of Technology, Anugrahapradha Mukundan at Marie-Agatha Sharpan ng University of Illinois sa Urbana-Champaign, at Donovan Leonard ng Oak Ridge National Laboratory.
Ang bagong paraan ng team ay isang anyo ng directional recrystallization, isang heat treatment na naglilipat ng materyal sa isang mainit na zone sa isang tiyak na kontroladong bilis, na pinagsasama ang maraming microscopic na butil ng materyal sa mas malaki, mas malakas, mas pare-parehong mga kristal.
Ang direksiyonal na recrystallization ay naimbento mahigit 80 taon na ang nakakaraan at inilapat sa mga deformable na materyales.Sa kanilang bagong pag-aaral, isang MIT team ang naglapat ng direktang recrystallization sa mga 3D na naka-print na superalloy.
Sinubukan ng team ang pamamaraang ito sa mga superalloy na nakabatay sa nikel na naka-print na 3D, mga metal na karaniwang ibinubuhos at ginagamit sa mga gas turbine.Sa isang serye ng mga eksperimento, inilagay ng mga mananaliksik ang 3D-printed na mga sample ng rod-like superalloys sa isang water-temperature na paliguan ng tubig nang direkta sa ibaba ng induction coil.Dahan-dahan nilang hinila ang bawat baras mula sa tubig at ipinasa ito sa isang coil sa iba't ibang bilis, na makabuluhang pinainit ang mga rod sa mga temperatura na mula 1200 hanggang 1245 degrees Celsius.
Nalaman nila na ang paghila ng baras sa isang tiyak na bilis (2.5 milimetro bawat oras) at sa isang tiyak na temperatura (1235 degrees Celsius) ay lumilikha ng isang matarik na gradient ng temperatura na nag-trigger ng isang paglipat sa pinong-grained na microstructure ng print media.
"Nagsisimula ang materyal bilang maliliit na particle na may mga depekto na tinatawag na mga dislokasyon, tulad ng sirang spaghetti," paliwanag ni Cordero."Kapag pinainit mo ang materyal, ang mga depektong ito ay nawawala at muling bubuo, at ang mga butil ay maaaring tumubo.butil sa pamamagitan ng pagsipsip ng may sira na materyal at mas maliliit na butil—isang prosesong tinatawag na recrystallization.”
Pagkatapos palamigin ang heat-treated rods, sinuri ng mga mananaliksik ang kanilang microstructure gamit ang optical at electron microscopes at nalaman na ang mga naka-imprint na microscopic na butil ng materyal ay pinalitan ng "columnar" na butil, o mahaba, mala-kristal na mga rehiyon na mas malaki kaysa sa orihinal. butil..
"Kami ay ganap na muling naayos," sabi ng nangungunang may-akda na si Dominic Peach."Ipinapakita namin na maaari naming dagdagan ang laki ng butil sa ilang mga order ng magnitude upang bumuo ng isang malaking bilang ng mga columnar na butil, na dapat theoretically humantong sa isang makabuluhang pagpapabuti sa mga katangian ng creep."
Ipinakita rin ng team na maaari nilang kontrolin ang pull rate at temperatura ng mga sample ng rod upang maayos ang lumalaking butil ng materyal, na lumilikha ng mga rehiyon na may partikular na laki at oryentasyon ng butil.Ang antas ng kontrol na ito ay maaaring magpapahintulot sa mga tagagawa na mag-print ng mga blades ng turbine na may mga microstructure na partikular sa site na maaaring iayon sa mga partikular na kondisyon ng operating, sabi ni Cordero.
Plano ng Cordero na subukan ang heat treatment ng 3D printed parts na mas malapit sa mga turbine blades.Ang koponan ay naghahanap din ng mga paraan upang mapabilis ang tensile strength pati na rin ang pagsubok sa creep resistance ng mga heat treated na istruktura.Pagkatapos ay iisipin nila na ang heat treatment ay maaaring paganahin ang praktikal na aplikasyon ng 3D printing upang makabuo ng industrial-grade turbine blades na may mas kumplikadong mga hugis at pattern.
"Ang mga bagong blades at blade geometry ay gagawing land-based na gas turbines at, sa huli, ang mga makina ng sasakyang panghimpapawid ay mas mahusay sa enerhiya," sabi ni Cordero."Mula sa isang baseline na pananaw, maaari nitong bawasan ang mga paglabas ng CO2 sa pamamagitan ng pagpapabuti ng kahusayan ng mga device na ito."
Oras ng post: Nob-15-2022
