Quais componentes de equipamentos industriais são adequados para impressão 3D de alta - aço de liga de força?

一, o potencial de alto - aço de liga de força a ser impressa em 3D: a combinação de qualidades do material e benefícios do processo
A aplicabilidade de impressão 3D de altas altas - aços de liga de força (por exemplo, aço martensítico de envelhecimento 18NI300, H13 Tool Steel, 4140 Low - aço de liga) surge de suas características metalúrgicas distintas e técnicas adicionais de fabricação sinérgica:
Controlabilidade da microestrutura
O recurso "camada por camada por camada derretendo a solidificação rápida" pode regular ativamente o tamanho e a direção dos grãos em aço de liga. Por exemplo, o procedimento seletivo de fusão a laser (SLM) pode tornar os grãos em aço martensítico 18NI300 menor ao nível do micrômetros. Isso torna a força de escoamento 30% mais forte que os métodos típicos de forjamento. O Instituto de Metais na Academia Chinesa de Ciências descobriu que regular muito bem o processo de tratamento térmico pode impedir que os poros se formem e tornem a liga de titânio mais de 50% mais resistente à fadiga. Este método também pode ser usado para melhorar a estrutura de grãos da alta - aço da liga de força.
A capacidade de fazer estruturas complicadas
As pessoas geralmente empregam aço de liga de força de força alto - para fazer peças que podem lidar com cargas muito pesadas, tais discos de turbinas para motores de aeronaves e vasos de pressão para usinas nucleares. No passado, a fabricação e a soldagem tinham que ser feitas separadamente. Com a impressão 3D, porém, você pode fazer formas complicadas, como cavidades internas e canais de resfriamento conforme de uma só vez. A NASA emprega o Inconel 718, uma liga baseada em níquel - com 18% de cromo e 9% de molibdênio, para fazer bicos de motor de foguete com impressão 3D. Os componentes permanecem estruturalmente sólidos em altas temperaturas de 2000 graus porque, para um design de canal de resfriamento permeável. Isso não é possível com o elenco comum.
Usando materiais e custos de redução
Usando a tecnologia de forjamento tradicional, apenas 50% a 70% do material é usado, mas a impressão 3D pode usar mais de 90%. Por exemplo, o Arup usou a impressão 3D para fazer moldes de aço inoxidável para carros. Isso reduziu o peso de cada parte em 75%, a quantidade de aço usada em 30%e a eficiência da produção em 10 vezes. Para aço de liga de força de força -, como o aço da ferramenta H13, que custa 800 yuan por quilograma, usando menos material significa grande economia nos custos.
2, Caso de uso comum: uso industrial de impressão 3D para aumentar o aço de liga de força -
1. Aeroespacial: uma inovação dupla em peças leves e altas - aeronaves de força. A platina Lite faz um estojo de liga de temperatura alta - para a indústria aeroespacial, utilizando a liga baseada em GH3039 -, que possui 20% de Cr e 13% Co. usando o design de otimização de topologia, o peso é reduzido em 40%, enquanto ainda atende aos requisitos para resistência ao rastejamento em uma alta temperatura de 1.000 graus.
Partes da estrutura de uma espaçonave: a equipe do professor Zhang Haiou criou a tecnologia de impressão 3D "elenco integrado, forjamento e moagem". Essa tecnologia aumentou as peças de liga de alumínio de resistência altas - com 500 cm de comprimento, incluindo o trem de pouso e a carga - rolamento da estrutura do avião C919. Essa tecnologia faz os processos de elenco, forjamento e moagem ao mesmo tempo. Isso torna as peças duas vezes mais fortes contra a fadiga e reduz o tempo de fabricação em 60% em comparação com os métodos tradicionais.
2. Energia e indústria química: uma garantia de resistência e estabilidade de corrosão a altas temperaturas
Ferramentas de energia nuclear: o equipamento compartilhado emprega a técnica de pulverização de adesivo para a aço de energia nuclear de impressão 3D (como SA - 508 gr.3 aço de baixa liga) e se livra dos poros internos por prensagem isostática quente (HIP) após o fato. Os componentes podem suportar 360 graus e 17,2 MPa sem corroer, o que atende aos critérios ASTM A923. Isso significa que as peças fundidas típicas podem durar três vezes mais.
Extração de petróleo e gás: A Schlumberger emprega a tecnologia de fusão de feixe de elétrons (EBM) para os conectores de impressão 3D para as plataformas de perfuração do mar profundo -. Os conectores são feitos de aço de liga de 4140-, que possui 1% de Cr e 0,5% de Mo. A impressão a vácuo se livra das impurezas e torna as peças 50% mais difíceis em -40 graus, que é o que o desenvolvimento de petróleo e gás nas necessidades do círculo ártico.
3. Fabricação automotiva: uma nova maneira de tornar as coisas leves e úteis
Bateria de carro elétrico: A Volvo usou a tecnologia de impressão 3D de spray a frio para fazer suportes de bateria. Eles usaram aço de ferramenta H13 (que possui 5% de Cr e 1,5% V) e um projeto de estrutura de treliça biomimética. A capacidade de absorção de energia de impacto aumentou e o peso foi reduzido em 35%. Isso atende aos regulamentos de segurança de colisão para veículos elétricos.
Motor com alto desempenho: os anéis da sede da válvula do mecanismo BMW M - são feitos de liga de titânio (Ti - 6al-4V) que foi impressa em 3D. Os anéis são então revestidos com carboneto de tungstênio à base de níquel através de revestimento a laser de superfície. Comparados aos métodos padrão de metalurgia em pó, as peças são quatro vezes mais resistentes ao desgaste a temperaturas de 900 graus e duram oito vezes mais.
3, Problemas técnicos e possíveis soluções: problemas importantes que precisam ser resolvidos antes que os laboratórios possam se tornar fábricas
A impressão 3D da alta -} aço de liga de força oferece muita promessa, mas ainda existem três problemas principais que precisam ser resolvidos antes de poder ser usado em grande escala:
Controlando custos e velocidade de impressão
Ainda leva de 6 a 8 horas para imprimir uma parte grande, como uma concha do motor de aviação. Os custos de depreciação e pó do equipamento tornam os custos de fabricação 3 a 5 vezes maiores que os métodos anteriores. O platinum BLT - S800 Multi - A tecnologia de impressão paralela da cabeça do laser pode tornar as coisas três vezes mais eficiente, e a tecnologia de recuperação de pó de metal pode reduzir o custo das matérias -primas em 40%.
Controle do estresse e deformação residuais
Quando o alto -} aço da liga de força esfria rapidamente, pode causar estresse residual, o que pode fazer com que as peças dobram ou quebram. O grupo de adição e ECM trabalhou juntos para criar uma solução de tratamento térmico que reduz o estresse residual em peças de liga Inconel 718 em 70% e mantém a deformação abaixo de 0,1 mm por meio de recozimento encenado (isolamento de 500 graus por 2 horas + 700} grau de tratamento por 4 horas).
Aumentando o número e os tipos de materiais
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 graus) e corrosão significativa (como nos ambientes H2S úmidos). A criação de novos materiais compósitos de cerâmica metálica, como tique - 18ni300, está empurrando os limites dos materiais. Pode ficar tão difícil quanto o HRC 65, que é 50% mais difícil que os metais puros. Isso o torna bom para fazer peças que não se desgastam em plataformas de perfuração de mar.