3D tisk může umožnit efektivní výrobu složitých konstrukcí obtížně realizovat běžně bez odpadu, jako jsou duté geometrieniklu-based vysoce legovaných slitin pro letecký průmysl komponenty. Chcete-li plně využít tuto metodu, musíme přejít knové slitiny a procesy.

    Conventional superalloy výrobní

Superalloys, rodinu kovových směsína báziniklu, kobaltu,nebo železa, jsou odolné vůči deformaci při vysoké teplotě, korozi a oxidaci, zejména při provozu za zvýšené teploty v blízkosti jejich teplotou tání. Oni bylinejprve vyvinuty pro součásti plynových turbín v proudových motorech a jsounyní široce používány pro aplikace s vysokými teplotami v leteckém a průmysly výroby energie. Pro dosažení těchto vlastností při vysoké teplotě (jak mechanické a chemické), mikrostrukturní kontrola je kritická a je umožněno kombinací specifických legovacího prvku dodatky a pečlivé výrobní procesy.

Nickel-based superslitiny,nejdříve anejlépe-developed z vysoce legované slitiny pro rodiny, se spoléhajína dvoufázová mikrostrukturu sestávající z posilující fáze-a disperze (Ni, Co) 3 (AI, Ti, Ta) precipitátů (z L12 krystalografie ) snázvem γ '-grown v matrici kr-enriched Ni. mohou být také přidány další legovací prvky, jako jsou žáruvzdorné materiály (Re, Mo, W)nebo metaloidů (B, C).na jejich chemické bázi, tyto slitiny jsou jedny znejsložitějších lidstvonavrhl. Při běžném zpracování, tento zásadní srážení se provádí pomocí difúzní-controlled reakci při chlazení v teplotním rozmezí 1000-750 ° C1.

Manufacturing je tradičně 'Achillovou' pata‘z vysoce legovaných aplikací--structurally znít mechanických vlastnostínebylo dosaženo, aniž by dlouho-winded anákladné subtraktivní výrobu přes obrábění odlitků. Dnes jsme stále používat přesné lití procesy, které sahají až do antiky. Například, pro vytvoření turbínové lopatky proudový motor, jak voskového modelu a je zapotřebí křemičitý-based replika chladicích kanálů pro vytvoření keramické formy pro každé součásti vyrobené, do kterého kg roztaveného kovu jsou odlévané ve vakuu. Po ochlazenína okolní podmínky trváněkolik hodin, a to je možné potlačit srážení y 'sraženin během ochlazování;navíc velmi opatrněnásledné tepelné opracováníněkolika hodin při teplotě~1300 ° C je potřeba--just pod teplotou tání--K snížení chemické dendritickou segregaci z licího trasy. A konečně, je potřeba obrábění do tvaru konečné složité geometrie lopatek turbíny. Proces litína vytavitelný model zahrnujeněkolik chemických a řízení procesů s významnou odpadního/scrappage vzniklého při odlévání anásledného opracování částí turbíny: jen asi 10% z konců vysoce legovaných slitin jako hotový goods2

 .

3D tisku jakonové zpracování avenue pro vysoce legovaných

3Düsing tisku,nebo aditivní výroby (AM),namísto lití umožňuje zpracování dochází radikálně jinak, s sníženy výrobní kroky a minimální odpad zpracování. Laserový-based tavení a upevnění pevného prášku zněkolika desítek mikrometrů, vrstva-Kliknutím-layer, pod přímým vstupem z počítače-aidednávrhu systému (CAD), uděluje jako-OF-ětnevyužitý volnosti designu : duté struktury, pěny-likenebo mřížka-based architektury, efektivnější využívání materiálů v aditivana rozdíl od subtraktivní způsobem. Kromě toho, tento proces AM, s jeho tavení a znovu-melting jemné velikosti prášku v délce mikronů a časového měřítka, vede k vysokým chlazení rychlostí 103-106 ° C/s a velmi odlišné metalurgické reakcena processing3. Tuhnutí vede k velmi jemné buněčné spíšenež dendritické microstructure4, což v podstatě eliminuje dendritické segregace v konvenčních zpracování, odstraňuje potřebu chemické homogenizačního kroku. Vysrážení y 'je také potlačena těžkou rychlostí chlazení, což umožňujenano-scale srážek, které mají být přizpůsobeny běhemnásledného tepelného zpracování pro zlepšení properties5. Fáze srážení může být optimalizována tím, ženavrhujenové tepelné zpracování protokolu k získání žádané mikrostruktury spojené s vysokou pevností v AM superalloys6.

However, rozsáhlé uplatnění AMna vysoce legovaných slitin pro komplexní dutých struktur, jako je letecká-ět turbínových lopatek stálenení jasná. Aby bylo možné úspěšně pákový AM technik v vysoce legovaných slitin, potřebujeme lepší pochopení vědy o procesu; mnoho aspektů toho jsou temné, protože základy AM zahrnovat více fyzikálními a chemickými jevy přes délku a časových měřítek (viz obr. 1). Například, když je laser přichází do styku s kovovým práškem, všechny možné čtyři skupenství--solid, kapalina, plyn pára a plasm--interact7, a jen velmi málo, pokud existují jakákoliv fyzika-based modely vyřešit tuto složitost. Kromě toho, povaha rychlých a opakovaných tepelných cyklů vyvolává intenzivní teplotními gradienty a tedy chemických, strukturálních a mechanických stavů, které jsou metastabilní, spouštění metalurgické defects8, které ohrožují properties9.

Finally, většina běžných vysoce legovaných slitin,nemůže být snadno stěhovali z lití do 3D tisk, protože byly optimalizovány pro konkrétní trasy zpracování,např kováníwelding a odlévání. Vzhledem k rychlému a opakované tepelné cyklování procesu AM,nové prostředky, které využívají těchto parametrů zpracování může být vytvořen pomocí výpočetního prostředku-process data-driven přístup k přizpůsobení mikrostruktury a vlastností pro AM chlazení rates3. Nové druhy vysoce legovaných optimalizované pro 3D tisk a jejichž cílem je zmírnit metalurgických vad, jako je pórovitost a cracking10 v kritickém maximum-temperature komponenty jsou tedy klíčem k úspěšné obchodní take-up.