εκτύπωση3D μπορεί να επιτρέψει για την αποτελεσματική κατασκευή περίτεχνα δομών δύσκολο να συνειδητοποιήσουμε συμβατικά χωρίς απόβλητα, όπως τα κοίλα γεωμετρίες του νικελίου-based υπερκράματος αεροναυτικής συστατικά. Για να αξιοποιηθεί πλήρως αυτή τη μέθοδο, πρέπει να προχωρήσουμε προς νέα κράματα και διαδικασίες.

    Conventional κατασκευή υπερκράμα

Superalloys, μια οικογένεια από μέταλλο μιγμάτων με βάση το νικέλιο, κοβάλτιο, ή σίδηρο, είναι ανθεκτικά σε παραμόρφωση σε υψηλή θερμοκρασία, διάβρωση και οξείδωση, ιδιαίτερα όταν λειτουργεί σε αυξημένη θερμοκρασία κοντά στο σημείο τήξης τους. Αυτά αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά για στοιχεία αεριοστροβίλων σε στροβιλοκινητήρες, και χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας στην αεροδιαστημική και ηλεκτροπαραγωγή βιομηχανίες. Για την επίτευξη αυτών των ιδιοτήτων υψηλής θερμοκρασίας (τόσο μηχανικές και χημικές), της μικροδομής ελέγχου είναι κρίσιμη και έχει ενεργοποιηθεί από έναν συνδυασμό συγκεκριμένων κραματοποίησης προσθήκες στοιχείου και προσεκτική διαδικασίες κατασκευής.

Nickel-based υπερκραμάτων, η πρώτη και καλύτερη-developed υπερκράμα οικογένεια, βασίζονται σε μια μικροδομή twophase που αποτελείται από ένα η ενίσχυση φάσης-a διασπορά ιζημάτων (του L12 κρυσταλλογραφία (Ni, Co) 3 (ΑΙ, Τί, τα) ) ονομάζεται γ '-grown σε μια μήτρα του Cr-enriched Ni. μπορούν επίσης να προστεθούν και άλλα στοιχεία κράματος όπως πυρίμαχων υλικών (Re, Μο, W) ή μεταλλοειδή (Β, C). Με βάση την χημεία τους, αυτά τα κράματα είναι μερικά από τα πιο σύνθετη η ανθρωπότητα έχει σχεδιαστεί. Κατά τη διάρκεια της συμβατικής επεξεργασίας, αυτό το κρίσιμο καταβύθιση λαμβάνει χώρα μέσω μίας αντίδρασης διάχυσης-controlled κατά την ψύξη σε θερμοκρασία που κυμαίνεται 1000-750 ° C1.

Manufacturing είναι παραδοσιακά η «αχίλλειος πτέρνα»των εφαρμογών υπερκράματος--\\ μηχανικές ιδιότητες δεν έχουν επιτευχθεί χωρίς μεγάλεςwinded και δαπανηρή αφαιρετική κατασκευή με μηχανική επεξεργασία των προϊόντων χύτευσηςnstructurally ήχο. Σήμερα, εξακολουθούν να χρησιμοποιούν τις διαδικασίες των επενδύσεων χύτευσης ακριβείας που χρονολογούνται από την κλασική αρχαιότητα. Για παράδειγμα, για να παραχθεί μια λεπίδα στροβίλου κινητήρα τζετ, τόσο ένα μοντέλο κεριού και σίλικα-based ρεπλίκα των καναλιών ψύξης που απαιτούνται για να δημιουργήσουν ένα κεραμικό καλούπι για κάθε συστατικό που παράγεται, εντός του οποίου οι χιλιόγραμμα τηγμένου μετάλλου χυτό υπό κενό. Ψύξη σε συνθήκες περιβάλλοντος διαρκεί αρκετές ώρες, και είναι αδύνατο να καταστείλει την καθίζηση του γ 'ιζήματα κατά την διάρκεια ψύξης? Επιπλέον, πολύ προσεκτικοί επακόλουθη θερμική επεξεργασία του αρκετές ώρες στους-1300 ° C, απαιτείται~--just κάτω από τη θερμοκρασία τήξης--Για μειώσει χημική δενδριτικών διαχωρισμό από τη διαδρομή χύτευσης. Τέλος, κατεργασία απαιτείται για να διαμορφώσουν το τελικό περίπλοκη γεωμετρία των λεπίδων στροβίλου. Η διαδικασία χύτευσης επενδύσεων περιλαμβάνει αρκετές χημικές και ελέγχου διεργασιών με σημαντική σπατάληscrappage παράγονται κατά τη χύτευση και την επακόλουθη μηχανουργική κατεργασία των τμημάτων στροβίλου: μόνο περίπου 10% των άκρων υπερκράματος επάνω ως τελειωμένο goods2/

. 

3D εκτύπωση ως μια νέα λεωφόρο επεξεργασίας για υπερκραμάτων

Χρησιμοποιώντας τις 3D εκτύπωση ή πρόσθετης παραγωγής (ΑΜ), αντί για χύτευση των επενδύσεων επιτρέπει την επεξεργασία για να συμβεί ριζικά διαφορετικό τρόπο, με μειωμένη κατασκευή βήματα και ελάχιστη σπατάλη επεξεργασίας. Το λέιζερbased τήξη και την εδραίωση της στερεάς σκόνης των μερικών δεκάδων μικρών σε διάμετρο, στρώμα \\ ΝΒΥ-layer, υπό την άμεση είσοδο από ένα σύστημαnaided σχεδιασμού (CAD) υπολογιστής \\, παρέχει ένα ως-OF-yet ανεκμετάλλευτη ελευθερία σχεδιασμού : κοίλες δομές, αφρού-like ή πλέγμα-based αρχιτεκτονικές, με πιο αποτελεσματική χρήση των υλικών σε ένα πρόσθετο, σε αντίθεση με αφαιρετικό τρόπο. Επιπλέον, η διαδικασία ΑΜ, με τήξη και εκ νέου του-melting του μεγέθους λεπτή σκόνη σε μήκος micron και χρονική κλίμακα, οδηγεί σε υψηλά ποσοστά την ψύξη των 103-106 ° C-s και μια πολύ διαφορετική μεταλλουργική απόκριση προς processing3. Στερεοποίηση δημιουργεί μια πολύ λεπτή κυψελοειδή όχι δενδριτικά microstructure4, η οποία ουσιαστικά εξαλείφει το δενδριτικό διαχωρισμού βρέθηκαν σε συμβατική επεξεργασία, καταργώντας την ανάγκη για ένα στάδιο χημικής ομογενοποίησης. Η καταβύθιση των γ 'είναι επίσης καταστέλλεται από τη σοβαρή ταχύτητα ψύξης, επιτρέπονταςnano-scale καθίζηση να προσαρμόζεται κατά τη διάρκεια της μετέπειτα θερμικής επεξεργασίας για τη βελτίωση της properties5. Η φάση καθίζηση μπορεί να βελτιστοποιηθεί με το σχεδιασμό νέων πρωτοκόλλων θερμική επεξεργασία για να ληφθούν επιθυμητές μικροδομές που συνδέονται με υψηλή αντοχή σε AM superalloys6.-/-However, ευρεία εφαρμογή της ΑΜ σε υπερκραμάτων για σύνθετες κοίλες δομές όπως Aero

-solid, υγρών, ατμών αερίου και plasm--interact7, και πολύ λίγα, εάν υπάρχουν οποιαδήποτε φυσικήbased μοντέλα για την αντιμετώπιση αυτής της πολυπλοκότητας. Επιπλέον, η φύση των ταχείας και επαναλαμβανόμενους κύκλους επάγει θερμική έντονη θερμικές βαθμίδες και έτσι χημικών, δομικές και μηχανικές καταστάσεις οι οποίες είναι μετασταθερή, προκαλώντας μεταλλουργικές defects8 που θέτουν σε κίνδυνο properties9.---Finally, οι περισσότερες συμβατικές υπερκραμάτων μπορεί να μην είναι άμεσα μετανάστευσαν από χύτευση των επενδύσεων σε 3D εκτύπωση επειδή έχουν βελτιστοποιηθεί για συγκεκριμένες διαδρομές επεξεργασία, π.χ. σφυρηλάτηση

welding και χύτευση. Λόγω της ταχείας και επαναλαμβανόμενη θερμικών κύκλων της διαδικασίας ΑΜ, νέες συνθέσεις που επωφελούνται από αυτές τις παραμέτρους επεξεργασίας μπορεί να σχεδιαστεί μέσω ενός υπολογιστικού σύνθεσηprocess δεδομένωνdriven προσέγγιση για την εξατομικευμένη μικροδομή και ιδιότητες για ΑΜ rates3 ψύξη. Novel ποιότητες υπερκραμάτων βελτιστοποιημένη για 3D εκτύπωση και μελετημένη ώστε να μετριάζονται μεταλλουργικές ελαττώματα όπως πορώδες και cracking10 σε κρίσιμες υψηλές \\ συστατικάntemperature είναι επομένως το κλειδί για τηνUP--.--επιτυχημένο εμπορικό take