A impressão 3D de metal pode criar estruturas complexas de canal fluido?

1. Princípio técnico: conversão precisa de modelos digitais em estruturas tangíveis.
As propriedades de camadas da fabricação aditiva são o que torna a impressão 3D de metal útil para fabricar canais de fluido. Por exemplo, o fluxo do processo para a tecnologia seletiva a fusão a laser (SLM) pode ser dividida em três etapas:
Modelagem digital: use o software CAD para criar um modelo dimensional de três - de um canal fluido que otimiza o caminho do fluxo, cruzado - forma seccional e fatores de rugosidade da superfície. Por exemplo, o bloco de válvula proporcional de válvula proporcional Multi- da Sino Power para o equipamento especial usa algoritmos AI para criar automaticamente uma estrutura topológica da rota de fluxo, que reduz a resistência do fluido em 40%.
Flicacio em camadas: para fazer uma rota de varredura a laser, corte o modelo em camadas finas com 20 a 50 μm de espessura ao longo do eixo z -. A biblioteca de processos inteligentes da Platinum Technology pode corresponder automaticamente à energia do laser, velocidade de varredura e outras configurações para diferentes materiais. Isso mantém a precisão da espessura da parede do canal em ± 0,05 mm.
Camada de fusão por camada: um feixe de laser de energia alto - Energia derrete seletivamente o pó de metal ao longo de uma rota enquanto é protegido pelo gás inerte. Isso cria um sólido empilhando camadas em cima da outra. A tecnologia de fusão de feixe de elétrons (EBM) usa a varredura de feixe de elétrons em um ambiente de vácuo. É bom para fabricar materiais difíceis de processar, tão alto - ligas de temperatura que são usadas para criar canais de resfriamento para lâminas de turbinas do motor de aeronaves.
Esse método de fabricação "do zero" acaba com a necessidade de moldes e ferramentas de corte nos processos tradicionais. Ele também pode criar diretamente qualquer canal de fluxo complexo, incluindo formas geométricas difíceis de fazer com os métodos tradicionais, como canais de fluxo em espiral, canais de fluxo de ramificação de estágio multi - e árvores biomiméticas - como canais de fluxo.
2, situação para uso: prática inovadora no reino da alta - Fim da fabricação
Aeroespacial: Um caso de uso comum é o canal de resfriamento das pás da turbina em um motor de aviação. Para colocar tubos de resfriamento usando métodos tradicionais de fundição, você precisa perfurar ou soldá -los. Isso pode causar vazamentos e tornar o resfriamento menos eficaz. E você pode usar a impressão 3D de metal para criar um canal de fluxo de labirinto interno que permita que o gás de resfriamento cubra uniformemente a superfície da lâmina. Isso melhora muito o impulso do motor - para - razão de peso. O bico de combustível do motor Leap fabricado pela GE usando a tecnologia de impressão 3D combina 20 canais de fluxo em um, o que o torna 25% mais leve e 15% mais eficiente em termos de combustível.
Biomédica: o design do canal fluido nos implantes personalizados tem um efeito direto no quão bem o tecido pode curar. Por exemplo, 3D - implantes de quadril impressos têm canais porosos com características trabeculares biomiméticas ósseas que ajudam as células ósseas a proliferar. O feedback clínico demonstra que o tempo que leva para os ossos se integrar é cortado pela metade. A Maxwell Medical, uma empresa de fabricação inteligente em Xi'an, produziu um dispositivo de fusão intervertebral 3D - impresso com um canal de fluxo interno que pode imitar a circulação fluida de discos intervertebrais naturais. Isso reduz o risco de problemas após a cirurgia em 30%.
Energia e energia: 3D - Os trocadores de calor do canal de fluxo impresso melhoram a eficiência da transmissão de calor em 20% e o uso do material de corte em 40%, melhorando a geometria do canal de fluxo no sistema de resfriamento de reatores nucleares. A tecnologia Xi'an OUZHONG produziu uma placa de canal de fluxo de liga de titânio para equipamentos solares que distribuem uniformemente o líquido de resfriamento usando o micrômetro - design de canal de fluxo de nível. Isso mantém a temperatura do forno de cristal único dentro de ± 0,5 graus.
3, borda tecnológica: um avanço duplo na liberdade de design e melhor desempenho
Revolução da liberdade de design: Os procedimentos tradicionais são limitados pelos ângulos nos quais os moldes podem ser desmolados e as ferramentas disponíveis. O design do corredor também deve levar em consideração o quão fácil é fabricar . 3 d A impressão pode fazer com que os canais de fluxo em qualquer ângulo ou curva. Por exemplo, o bloco de válvula da Sino Power para equipamentos submarinos usa impressão 3D para combinar os 12 orifícios originais do processo em 3 canais de fluxo contínuo. Isso reduz o volume em 60% e a perda de pressão em 25%.
Otimizando o desempenho dos materiais: a impressão 3D de metal pode criar estruturas de grãos finos e tornar os materiais mais fortes, pois ele solidifica rapidamente. As partes do canal de fluxo feitas de liga de titânio TC4 por platina Lite têm uma resistência à tração de 1100MPa, que é 15% mais forte que os esquecidos. O design de otimização da topologia também torna o produto 30% mais leve, que atende à necessidade da indústria de aviação de "leve-} força".
Economia de custo e tempo na fabricação: a criação de um corpo tradicional da válvula hidráulica leva 12 etapas, como fundição, usinagem e soldagem, e pode levar até 6 meses . 3 D A impressão pode transformar matérias -primas em mercadorias concluídas em um só lugar. O projeto do bloco de válvula hidráulica da Sino Power reduziu o tempo de entrega para duas semanas e reduziu os custos de molde em 90%. 3 d A impressão é mais um custo - eficaz para pequenos produtos personalizados em lote.
4. Problemas técnicos e maneiras de contorná -los
A Metal 3D Printing tem muito potencial para fazer canais de fluido, mas ainda tem três grandes problemas para resolver:
Controle da rugosidade da superfície: a rugosidade da superfície do canal de fluxo feita pelo processo SLM é normalmente RA250 - 400 μm. Para alcançar os critérios de vedação, isso precisa ser reduzido para RA10 μm ou menor usando polimento eletrolítico ou peening de tiro. A Universidade Xi'an Jiaotong criou a tecnologia SLM assistida por vibração ultrassônica que pode tornar a rugosidade da superfície do canal de fluxo RA50 μm, que reduz o número de etapas necessárias após o processamento.
Encontrando defeitos dentro do canal de fluxo: é difícil ver defeitos como ausência de fusão e porosidade. O equipamento de platina desenvolveu equipamentos de tomografia computadorizada industrial que podem encontrar falhas internas tão pequenas quanto 0,1 mm. A taxa de detecção de falhas subiu para 99,9% quando usada com um método de reconhecimento de imagem da IA.
Multi - Impressão composta de material: Para fazer com que sistemas de fluidos complexos funcionem, geralmente precisa combinar diversos materiais, como canais que não corroem e estruturas muito fortes. A tecnologia de impressão composta de arco a laser da Xi'an Ouzhong Technology possibilitou que os canais de fluxo de liga de titânio e estruturas de aço inoxidável sejam conectadas de uma maneira que não seja uniforme. Essa tecnologia tem uma força de tração de 400 MPa, que é o que as necessidades de engenharia marítima.