Welke componenten van industriële apparatuur zijn geschikt voor 3D -afdrukken van hoog - sterkte legeringsstaal?

一, het potentieel van hoge {- sterkte legeringsstaal om 3D te worden afgedrukt: de combinatie van materiaalkwaliteiten en procesvoordelen
De 3D -print toepasbaarheid van hoog - sterkte legeringsstaals (bijv. Martensitic Aged Steel 18ni300, H13 Tool Steel, 4140 Low - legeringsstaal) komt voort uit hun onderscheidende metallurgische kenmerken en synergistische additieve fabrikanten:
Controleerbaarheid van microstructuur
De functie "Layer by Layer Smelting Rapid Function" van 3D Printing kan de grootte en richting van de korrels in legeringsstaal actief regelen. De SLM -procedure voor selectieve lasersmelten (SLM) kan bijvoorbeeld de korrels in 18I300 martensitisch verouderd staal kleiner tot het micrometerniveau maken. Dit maakt de opbrengststerkte 30% sterker dan typische smeedmethoden. Het Institute of Metals van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft aangetoond dat het zeer goed reguleren van het warmtebehandelingsproces kan voorkomen dat de poriën zich vormen en de titaniumlegering meer dan 50% beter bestand tegen vermoeidheid kunnen maken. Deze methode kan ook worden gebruikt om de korrelstructuur van hoge - sterkte legeringsstaal te verbeteren.
Het vermogen om gecompliceerde structuren te maken
Mensen gebruiken vaak hoog - sterkte legeringsstaal om onderdelen te maken die zeer zware belastingen kunnen verwerken, dergelijke turbineschijven voor vliegtuigmotoren en drukvaten voor kerncentrales. In het verleden moesten de productie en het lassen afzonderlijk worden gedaan. Met 3D -printen kunt u echter gecompliceerde vormen maken zoals binnenholven en conforme koelkanalen in één keer. NASA maakt gebruik van Inconel 718, een nikkel - gebaseerde legering met 18% chroom en 9% molybdeen, om raketmotorsproeiers te maken met 3D -printen. De componenten blijven structureel klinken bij hoge temperaturen van 2000 graden vanwege een permeabel koelkanaalontwerp. Dit is niet mogelijk met gewone casting.
Materialen gebruiken en kosten verlagen
Met behulp van traditionele smeingtechnologie wordt slechts 50% tot 70% van het materiaal gebruikt, maar 3D -printen kan meer dan 90% gebruiken. Arup heeft bijvoorbeeld 3D -printen gebruikt om roestvrijstalen mallen voor auto's te maken. Dit heeft het gewicht van elk onderdeel met 75%verlaagd, de hoeveelheid staal die met 30%wordt gebruikt en de efficiëntie van de productie met 10 keer. Voor hoge - sterkte legeringsstaal zoals H13 -gereedschapsstaal, dat 800 yuan per kilogram kost, betekent het gebruik van minder materiaal grote besparingen op kosten.
2, gemeenschappelijke use case: industrieel gebruik van 3D -printen om hoog - sterkte legeringsstaal te maken
1. Aerospace: een dubbele doorbraak in lichtgewicht en hoog - sterkte vliegtuigmotoronderdelen. Platinum Lite maakt een hoge - temperatuurlegeringsvoorziening voor de ruimtevaartindustrie met behulp van GH3039 nikkel - gebaseerde legering, die 20% CR en 13% Co. heeft door gebruik te maken
Delen van de structuur van een ruimtevaartuig: het team van professor Zhang Haiou heeft de "geïntegreerde casting, smeden en frezen" 3D -printtechnologie gemaakt. Deze technologie heeft hoog - sterkte aluminium legeringsonderdelen gemaakt die 500 cm lang zijn, inclusief het landingsgestel en de belasting - lagerstructuur van het C919 -vliegtuig. Deze technologie doet tegelijkertijd de casting-, smeed- en frezenprocessen. Dit maakt de onderdelen twee keer zo sterk tegen vermoeidheid en verkort de productietijd met 60% in vergelijking met traditionele methoden.
2. Energie- en chemische industrie: een garantie voor corrosieweerstand en stabiliteit bij hoge temperaturen
Kernenergetool: gedeelde apparatuur maakt gebruik van lijmspuittechniek naar 3D-print kernvermogensstaal (zoals Sa - 508 Gr.3 low-legering staal) en verwijdert interne poriën door hete isostatische druk (heup) na het feit. De componenten kunnen 360 graden en 17,2 MPa weerstaan ​​zonder te corroderen, die voldoet aan ASTM A923 -criteria. Dit betekent dat typische gietstukken drie keer langer kunnen duren.
Olie- en gaswinning: Schlumberger maakt gebruik van elektronenstraalmelten (EBM) -technologie voor 3D -printconnectoren voor diepe - zeeplatforms. De connectoren zijn gemaakt van 4140 Low - legeringsstaal, met 1% CR en 0,5% Mo. Vacuümafdrukken verwijdert onzuiverheden en maakt de onderdelen 50% strengder bij -40 graden, wat olie- en gasontwikkeling in de poolcirkelbehoeften is.
3. Auto -productie: een nieuwe manier om dingen licht en nuttig te maken
Batterij van elektrische auto's: Volvo gebruikte koude spuitmetaal 3D -printtechnologie om batterijbeugels te maken. Ze gebruikten H13 -gereedschapsstaal (met 5% CR en 1,5% V) en een biomimetisch roosterstructuurontwerp. De impact -energieabsorptiecapaciteit is verhoogd en het gewicht is met 35%verlaagd. Dit voldoet aan de botsingsveiligheidsvoorschriften voor elektrische voertuigen.
Motor met hoge prestaties: de klepstoelringen van de BMW M - serie-engine zijn gemaakt van titaniumlegering (ti - 6al-4V) die 3D is afgedrukt. De ringen worden vervolgens gecoat met op nikkel gebaseerde wolfraamcarbide door oppervlaktelaserbekleding. In vergelijking met standaardpoedermetallurgie -methoden zijn de onderdelen vier keer beter bestand tegen slijtage bij temperaturen van 900 graden en acht keer langer.
3, Technische problemen en mogelijke oplossingen: belangrijke problemen die moeten worden opgelost voordat laboratoria fabrieken kunnen worden
3D -afdrukken van hoog - sterkte legeringsstaal biedt veel belofte, maar er zijn nog drie hoofdproblemen die moeten worden opgelost voordat het op grote schaal kan worden gebruikt:
Het beheersen van kosten en afdruksnelheid
Het duurt nog steeds 6 tot 8 uur om een ​​groot deel af te drukken, zoals een luchtvaartmotor. De kosten van afschrijvingen en poeder van apparatuur maken de productiekosten 3 tot 5 keer hoger dan eerdere methoden. De platinum blt - S800 multi - laserkop parallel afdruktechnologie kan dingen drie keer efficiënter maken en de metaalpoederhersteltechnologie kan de kosten van grondstoffen met 40%verlagen.
Controle van restspanning en vervorming
Wanneer hoge - sterkte legering staal snel afkoelt, kan dit resterende spanning veroorzaken, waardoor onderdelen kunnen buigen of verbrijzelen. Addup en ECM -groep werkten samen om een ​​warmtebehandelingsoplossing te creëren die de resterende stress in Inconel 718 -legeringsonderdelen met 70% verlaagt en vervorming behoudt tot minder dan 0,1 mm door middel van geënsceneerde gloeiing (500 graden isolatie gedurende 2 uur + 700 graadveroudering gedurende 4 uur).
Het aantal en soorten materialen vergroten
Right now, there are only a little over ten mature 3D-printed high-strength alloy steels. These steels are hard to use in really harsh conditions, such very high temperatures (>1200 graden) en significante corrosie (zoals in vochtige H2S -omgevingen). Het creëren van nieuwe metaal keramische composietmaterialen, dergelijke tic - 18ni300, duwt de limieten van materialen. Het kan zo hard worden als HRC 65, wat 50% moeilijker is dan pure metalen. Dit maakt het goed voor het maken van onderdelen die niet verslijten op de diepzee-boorplatforms.