//www.ganjiayu.com 三维科学, 无限可能! Thu, 14 Nov 2024 02:31:28 +0000 zh-CN hourly 1 https://wordpress.org/?v=3.9.40 无需拆卸和运输回中央维护设施,澳洲IMCRC通过3D打印开辟航空航天零件修复领域的创新 //www.ganjiayu.com/?p=12378 //www.ganjiayu.com/?p=12378#comments Thu, 28 Jun 2018 04:03:31 +0000 http://www.51shape.com/?p=12378 澳大利亚的非营利性机构IMCRC(创新型制造合作研究中心)在推动增材制造与应用端的结合方面正在发挥着重要的作用。就在2017年,IMCRC还与骨科医疗器械制造商Stryker公司共同出资,共同发起了一个名称为“Just In Time Implant (植入物准时生产)”的科研项目,而不仅是医疗领域,IMCRC在航空航天领域也正在推动3D打印应用的深化。

block 再制造

通过激光金属沉积技术,用来生产和修复航空航天零件,根据3D科学谷的了解,IMCRC与RUAG澳大利亚建立了为期两年的合作,共同推动3D打印技术在航天领域的深入发展。

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根据RUAG澳大利亚的研究和技术主管Neil Matthews,通过现场维修和生产零件,3D打印技术正在彻底改变了国防和其他行业的仓储和运输概念。目前,备件通常需要从本地或海外仓储来运送,并且占据大量的库存。

根据BAE Systems委托所进行的一次独立评估,澳大利亚空军每年要更换的零件成本大约价值2.3亿美元。而3D打印将使得不用等待备件仓库,现场提供有效的解决方案,这对于国防部队来说,这意味着更少的维修停机时间以及更多的飞机可用性。3D打印将为仓储和运输成本方面节省大量费用。

IMCRC与RUAG澳大利亚开发的3D打印工艺希望应用于现有的旧飞机以及新的F35机队。根据3D科学谷的了解,目前,这项技术被RUAG新成立的机器人激光增材制造单元采用。

根据IMCRC首席执行官兼董事总经理David Chuter,IMCRC与RUAG澳大利亚的合作项目对澳大利亚工业的好处非常明显。虽然目前的项目是基于军用飞机,但它可能被应用到民用飞机,海运,铁路,采矿,石油和天然气行业等。事实上,这项技术适用于解决金属退化或零件再制造的方案。

block 修复损伤

根据3D科学谷的了解,IMCRC不仅在需要修复的零件的再制造领域发力,还在研究通过3D打印来解决金属损伤的问题。金属损伤尤其是腐蚀和应力腐蚀是航空航天领域容易遇到的问题。这些问题甚至会导致飞机停机或报废。

通过与瑞士皇家墨尔本理工大学以及澳大利亚皇家墨尔本理工大学合作,IMCRC旨在开发一种增材制造工艺来解决腐蚀和应力腐蚀损害。

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通过利用增材制造的金属工艺探索几何形状修复,研究团队可以针对性的修复翼板中的腐蚀/裂缝相关的问题,而无需传统的主要结构修复或部件更换。该过程将允许在不拆卸和运输回中央维护设施的情况下进行修理。这对于飞机原始设备制造商来说,这是一个重大的进步。如果这个项目取得成功,该技术扩展到澳大利亚和世界各地。

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航空叶片修复,解放军5719厂让叶片重新长出来! //www.ganjiayu.com/?p=11216 //www.ganjiayu.com/?p=11216#comments Fri, 26 Jan 2018 05:32:32 +0000 http://www.51shape.com/?p=11216 军用航空发动机关键件(以下简称关键件)再制造技术是对报废的关键零部件进行再生,对设计制造缺陷进行修正,且质量特性不低于新品的先进技术。主要有:前处理技术、表面完整性修复技术、性能及形变恢复技术、寿命预测评估及考核验证技术。

根据航空制造网发表的《修复报废航空发动机叶片?中国军工这项技术厉害了 (作者白夜),中国人民解放军第五七一九工厂,它始建于1976年,是空军装备部直属的航空发动机修理工厂,是国家大型企业、军队一级企业。主要承担空军新型航空发动机的修理任务,他们自主创新的军用航空发动机修理再制造技术体系,达到国际水平。

航空发动机使用到翻修期或有重大故障,就得彻底分解大修。因为军机使用环境极为恶劣,翻修期一般只有数百小时,叶片等关键件报废量也极大。

叶片是目前航空发动机数量最多的关键件,工作环境最恶劣,价格也最为昂贵。而且这种叶片它的材料也非常稀缺,基本上都是高锰合金、钛合金。某型发动机全台叶片数达到 2000 多片,如果全台更换,价格接近发动机整机采购价的2/3。

从国外高价购买相关配件并非长久之计,但发动机从设计、研发再到维修都是中国的短板。5719厂为了解决过度依赖国外配件问题,他们将目标锁定在了“再制造技术”上来。简而言之,就是用现代化的一些技术,将一些废旧零件重新恢复生命,虽然也是一种维修技术,但是却高明的多。

航空发动机叶片的修复和再制造过程就是对叶片磨损的曲面或端部利用3D打印-增材制造的方法对其进行填补,然而补充部分的尺寸精度和表面粗糙度不能满足使用要求,再利用减材制造的方法(磨抛或机加工)去除多余材料,使其恢复到最初的型面。涉及到的关键技术有测量、增材、焊接、切削、磨抛等,而磨抛是在增材后具有获得所需的型面、尺寸、表面完整性的作用。

再制造技术难点有以下4点:

- 在航空发动机中,涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位,所使用的都是耐高温、高强的材料,这是一把双刃剑——满足航空发动机的高性能要求,但这类难加工材料在加工过程中刀具磨损严重,想要精准控制切削量是有一定难度的。

- 航空发动机叶片的维修与制造具有本质上的区别,制造叶片的尺寸都是固定的,但是,叶片在高温环境下运转一段时间后,产生的磨损对每个叶片都是不一样的,具有个性化的变形量,这就给修复带来了一定的困难,不能像制造叶片那样具有通用性,需要智能化的自适应技术来支持。

- 修复后的叶片尺寸、误差、精度、表面完整性等都需满足标准要求。

- 目前大多数叶片修复依靠人工,尤其是磨抛,依赖人的经验和技能,劳动强度大、效率较低。如果采用机器人来替代人工,那么机器人也需要具备智能化判断的相关知识。

通过近 20 年的努力,5719厂建立了军用航空发动机关键零部件再制造核心技术体系,对大量按原规定必须报废的叶片等关键件进行了再制造,包括引进和国产三代机,有 4 万多件关键件装在千多台次航空发动机上安全飞行 33 万多小时,从未出过问题。

现在,解放军5719厂已经可以针对不同叶片的故障情况,让不同的部位的叶片重新“长”起来,让它跟新的一样。

-- 激光熔覆3D打印技术

根据根据航空制造网发表的《报废零部件“起死回生”的灵丹妙药——激光熔覆技术 》(作者李嘉宁)。再制造领域,激光熔覆3D打印技术是常用的技术,激光熔覆技术可显著改善金属表面的耐磨、耐腐、耐热水平及抗氧化性等。目前有关激光熔覆的研究主要集中在工艺开发、熔覆层材料体系、激光熔覆的快速凝固组织及与基体的界面结合和性能测试等方面。

飞机制造中较多采用钛合金,如Ti-6Al-4V钛合金用于制造高强度/重量比率、耐热、耐疲劳和耐腐蚀的零部件。

因为难以加工,加工这种零件需要花费加工中心数百小时的工作量,磨损大量的刀具。而激光熔覆技术在这方面具有较大优势,可以强化钛合金表面、减少制造时间。

近年来,美国AeroMet公司的研发有了实质性的进展,他们生产的多个系列Ti-6Al-4V钛合金激光熔覆成形零件已获准在实际飞行中使用。其中F-22战机上的2个全尺寸接头满足疲劳寿命2倍的要求,F/A-18E/F的翼根吊环满足疲劳寿命4倍的要求,而升降用的连接杆满足飞行要求、寿命超出原技术要求30%。采用激光熔覆技术表面强化制造的钛合金零部件不仅性能上超出传统工艺制造的零件,同时由于材料及加工的优势,生产成本降低20%~40%,生产周期也缩短了约80%。

激光熔覆技术对飞机的修复产生了直接的影响,优点包括修复工艺自动化、低的热应力和热变形等。由于人们期待飞机寿命不断延长,需要更加复杂的修复和检修工艺。涡轮发动机叶片、叶轮和转动空气密封垫等零部件,可以通过表面激光熔覆强化得到修复。例如,用激光熔覆技术修复飞机零部件中裂纹,一些非穿透性裂纹通常发生在厚壁零部件中,裂纹深度无法直接测量,其他修复技术无法发挥作用。可采用激光熔覆技术,根据裂纹情况多次打磨、探伤,将裂纹逐步清除,打磨后的沟槽用激光熔覆添加粉末的多层熔覆工艺填平,即可重建损伤结构,恢复其使用性能。

把受损涡轮叶片顶端修覆到原先的高度,激光熔覆过程中,激光束在叶片顶端形成很浅的熔深,同时金属粉末沉积到叶片顶端形成焊道。在计算机数值控制下,焊道层叠使熔覆层增长。与激光熔覆受损叶片不同的是,手工钨极氩弧堆焊的叶片堆焊后的叶片必须进行额外的后处理。叶片顶端要进行精密加工以露出冷却过程中形成的空隙,而激光熔覆省去了这些加工过程,大大缩减了时间和成本。

熔覆区在激光束和送粉系统的作用下形成,基体材料和合金粉末决定了表面熔覆层的性质。激光直接照射在基体表面形成了一个熔池,同时合金粉末被送到熔池表面。氩气在激光熔覆的过程中也被送入熔池处以防止基体表面发生氧化。形成的熔池在基体表面,如果合金粉末和基体表面都是固态,合金粉末粒子接触到基体表面时会被弹出,不会黏着在基体表面发生熔覆;如果基体表面是熔池状态,合金粉末粒子在接触到基体表面时就会被黏着,同时在激光束作用下发生激光熔覆现象,形成熔覆带。

相关资料表明,采用激光熔覆技术修复后的航空部件强度可达到原强度的90%以上,更重要的是缩短了修复时间,解决了重要装备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。

—- 3D科学谷Review

关于激光熔覆技术用于再制造,目前国内以西安铂力特(Bright laser)以及北京王华明院士的团队为主要的3D打印服务方。

-- 不断发展的激光熔覆技术

而激光熔覆技术本身也在获得不断的发展,2017年,德国Fraunhofer研究机构还开发出超高速激光材料沉积-EHLA技术,这项技术使得定向能量沉积技术所实现的表面质量更高,甚至达到涂层的效果。目前EHLA技术已经迅速的被德国通快商业化

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图片:EHLA技术,来源: Fraunhofer

-- 混合增材制造技术用于叶片修复

国际上,不仅是航空叶片,增材制造还被用于涡轮叶片的修复。根据3D科学谷的了解,在这方面,GE于2015年收购阿尔斯通电力公司后,还获得了通过Hamuel的混合增材制造设备来修复涡轮叶片的技术。在瑞士Birr的GE Power Services生产基地,新融合进来的原阿尔斯通团队通过Hamuel混合增材制造设备,不仅修复叶片,还提升了叶片的性能。

根据GE的工作小组,混合增材制造的一个优势是仅需要一次装夹过程。与多台机器相比,一次装夹的情况节省了传输和调整时间。在采用切割、堆焊和精加工等连续步骤的典型维修中,混合增材制造节省了三个运输和夹紧步骤中的两个。

从混合增材制造加工工艺中获益的另外一个例子是提高叶片性能。在过去的几年的加工经验表明,通过改进叶片的设计可以提升涡轮机效率。叶片作为涡轮实现能量转换的基本元件,其几何外形设计优劣将直接影响涡轮的整体性能。通过改变涡轮叶片前缘形状,可以达到提高涡轮流动特性和气动性能目的。而3D打印技术为制造的灵活性扩展了很大的自由度。

而在过去,这样对于叶片的修改几乎是不可能的。而混合增材制造设备上的3D打印和铣削加工的配合带来了小量修改的可行性与经济性。当这些叶片被完全修复后,它们被赋予了新的性能,从而有力地提升涡轮的整体性能。

--  冷喷增材制造技术

不仅仅是文中提到的激光熔覆3D打印技术(LENS技术)以及混合增材制造技术(激光熔覆与机加工的结合),根据3D科学谷的市场研究,冷喷增材制造技术正在引起再制造领域的注意。其中,GE就通过向飞机发动机叶片表面以超音速的速度从喷嘴中喷射微小的金属颗粒,为叶片受损部位添加新材料而不改变其性能。

大多数金属3D打印机使用激光来加热粉末钛和其他金属,并将它们熔合成一层一层地构建新的部件。包括激光熔覆(LENS)3D打印技术,这些技术适用于直接根据计算机文件构建新组件,但是加热现有零部件会改变其晶体结构和机械性能,这需要对工艺和材料有着极高的控制能力,从而使得工艺的大规模商业化变得充满挑战。

除了不需要焊接或机加工就能制造全新零件以外,冷喷技术令人兴奋之处在于,它能够将修复材料与零件融为一体,完美恢复零件原有的功能和属性。这样就能有效延长零件使用寿命几年,甚至几十年,最终为客户创造了更大的价值。

在GE的Avio Aero,冷喷雾过程发生在一个步入式冰箱尺寸的金属室内。腔室内装有一个带有超音速喷嘴的机器人手臂,可将小至5微米的金属粉末颗粒喷射到零部件上。他们用如此大的能量撞击表面,与零部件形成扩散结合。在动力学的作用下,来自粉末充电枪的每一个金属颗粒都会附着在零部件上进行重建用途。

与我们所熟知的3D打印的工作原理有所不同的是,3D打印是根据计算机建模文件构建零件,但冷喷涂机使用实际的喷气发动机零件的数字扫描结果来准确地重建断裂部分。

冷喷技术非常独特地结合了材料、工艺和产品功能,预计在不久的将来,将会用于飞机部件如转子、叶片、轴、螺旋桨、齿轮箱的维修和改造,有一种看法认为这种工艺将在未来的20年内占到零件修复50%的应用。

延伸阅读请参考3D科学谷发布的《3D打印与航空发动机白皮书》,《3D打印与航天领域白皮书》,《3D打印与高温合金白皮书》。

本文参考资料来源:航空制造网

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]]> //www.ganjiayu.com/?feed=rss2&p=11216 0 激光熔覆L-605材料修复受损的RR501K燃油喷嘴空气帽 //www.ganjiayu.com/?p=10992 //www.ganjiayu.com/?p=10992#comments Tue, 02 Jan 2018 01:49:30 +0000 http://www.51shape.com/?p=10992 美国联合技术公司(UTC)航空系统部门是专业设计、制造、集成、修复和翻修燃气涡轮发动机燃油输送零件的公司。喷气发动机需要在高温度下运行,才能使燃料转化的能量最大化。因此,燃烧部件需要经受极其恶劣的环境,在高温以及高振动和高压力下运行。为了能够抵抗这种环境,燃烧部件需要高度工程化,并且使用高强度合金材料,通常情况下是镍或钴基合金。由于恶劣的工作环境,燃烧部件会受到不同程度的磨损和微动损伤。

燃油喷嘴是罗尔斯.罗伊(Rolls-Royce)501K引擎中容易受到磨损的一个组件,该引擎被用来为美国海军驱逐舰提供动力。其外部的空气导风槽与圆形旋流器的接口处会受到大量的磨损 。典型的维修过程包括卸下磨损的零件、进行更换、焊接或钎焊上替换的零件、重做热循环的无损检测(NDT)以及重新认证。这个过程需要几周时间,而且价格非常昂贵。

美国国家科学研究委员会(NRC)通过其位于伦敦、加拿大安大略省分部的研究已开发出一种独特的激光熔覆/熔凝技术,可以让复杂的网状功能零件实现从CAD设计到直接生产的环节,从而减少生产周期、材料的浪费和模具成本。

-实验信息

L-605(Haynes 25)合金是钴基合金,具有良好的抗氧化和耐腐蚀性能,以及在高温下的高强度性质。L-605在很多喷气发动机的零件中得到很好的应用。其中包括涡轮叶片、燃烧室、加力燃烧室部件和涡轮环。气体雾化L 605合金粉末的球形大小为15到45微米,可以用于激光熔覆修复。

在这里,使用耦合了光纤加工头的Lasag Nd:YAG激光器来进行L-605的激光熔覆。激光在40-100W平均功率的脉冲模式下工作。Sulzer Metco 9MP送粉器用于运送L605粉末通过喷嘴进入熔池,送粉速度为5-10克/分钟。使用五轴数控运动系统在室温下进行激光熔覆修复,整个加工过程是在氧含量低于50ppm的手套箱中进行。

-结果与讨论

- 金相检验

作为熔覆层的L605的微观结构由内有细枝晶的柱状晶粒组成。化学蚀刻显示柱状枝晶跨越了多个沉积层(图1a)。不同的灰度表明柱状晶粒的不同晶体取向。通过扫描电镜观察可以进一步确认不同取向的晶粒都含有定向凝固的枝晶,并且能继续生长到邻近的沉积层。一次枝晶臂间距(PDAS)大约为1-2微米;二次枝晶臂间距(SDAS)大约为0.5-1.0微米。

作为熔覆层的L605和作为基材的锻L-605之间的接触面存在金属键结合。柱状晶粒在基材L-605中显示出镜像的晶体取向。通过扫描电镜观察证实了作为熔覆层的L605和作为基材的锻L-605之间的界面存在金属键结合。在固溶处理(1232℃/小时)后,熔覆层L605中的柱状枝晶结构完全消失,并再结晶成非均匀的等轴晶粒。熔覆层L605中的再结晶晶粒比锻L605基材中的要小很多。

高温疲劳测试

高温疲劳测试在538℃(1000℉)下进行。在相对较低的最大应力水平400MPa时,激光熔覆L605和锻L605基材的基线标本达到200,000个循环。在相对较高的最大应力水平450MPa时,激光熔覆L605标本的平均疲劳寿命为16,850个循环,这相当于(或略高于)锻L605基材的基线标本(平均疲劳寿命为15,600个循环)。有趣地是,在425MPa的最大应力水平时,三个激光熔覆L605的标本达到200,000个循环,另一个止步于32,500个循环。激光熔覆L605的标本的平均寿命大约158,000个循环,与锻L605的基线标本(平均寿命约17,000个循环)相比,激光熔覆L605的疲劳寿命显示出极大的改善。激光熔覆L-605提高的疲劳寿命(与锻L-605基材相比)可能归功于其更精细的晶粒结构和增强的硬度。

- 滑动磨损试验

在室温下使用销- 盘式试验装置(Falex ISC Tribometer)进行滑动磨损试验。钴2(Stellite 20合金)球在以下条件下测试:法向载荷为150克,滑动速度为66毫米/秒,滑动距离为3000米。使用固溶热处理(1232℃,1小时)和退火(732℃,100小时)处理后的锻L605作为基线标本来进行比较。

熔覆层L-605的试样 (为了模拟修理过的喷嘴,不做任何热处理)的耐磨性能可以与固溶热处理过的锻L605(模拟新的燃油喷嘴)相媲美,比退火过的锻L605(模拟长期工作过的燃油喷嘴)更为出色。

-三维投影

UTC开发出一种可以修复具有复杂几何形状的受损燃料喷嘴零件的方法,其中包括清洗受损喷嘴的表面、在线测量受损喷嘴的表面(三维投影)、对个别喷嘴自动进行数控编程、用激光熔覆技术来修复燃油喷嘴的受损区域、最后的机械加工、对修复后的喷嘴进行无损探伤检验。

激光熔覆技术要求获取破损表面的精确的轮廓信息,这样才能确定修复路径。为了确保实现精确的修复,需要测量每个受损喷嘴的空气帽的外部尺寸。

NRC开发了一个以激光扫描仪为基础的在线测量系统,用来测量受损的RR501K喷嘴的空气帽表面。该系统由一个激光位移传感器和一个测量控制器组成,并且可以通过标准的输入/输出界面集成到任何数控运动系统中,并且针对多轴在线测量应用可以比较容易地进行升级。与CAD模型(包括样品尺寸误差、传感器误差、测量干扰、运动系统误差、夹具尺寸误差等)相比,该系统的最大绝对误差约为0.09mm,重复性(最大偏差)约为0.06mm。

每个RR5 0 1K喷嘴零件通过简单的夹具安装在横向定位的旋转桌上,然后按照标准修复程序来清理表面,并使用在线测量系统来测量其受损的空气帽表面。测量路径是依据RR501K喷嘴空气帽的形状和位置来预先设计的。通过用户界面来控制测量过程,并显示测量结果。根据在线测量结果,NRC开发的一个软件模块能针对每一个被测量的RR501K喷嘴空气帽来自动生成其特定的修复路径。使用500瓦的Nd:YAG激光器进行激光熔覆L-605合金可以成功修复受损的喷嘴空气帽。

将激光熔覆修复后的RR501K喷嘴空气帽进行表面机械加工,并进行剖面观察以检查修复质量。光学显微镜观察结果表明,激光熔覆L605层与受损的L-605喷嘴表面的金属键结合的情况非常好。高放大倍率的扫描电镜观察进一步证实了激光熔覆 L-605与L-605基材间形成了很好的金属键结合。没有观察到裂缝或孔隙。激光熔覆L605层具有非常精细的枝晶微观结构,而L-605基材具有单轴晶粒结构。

通过机械加工,激光熔覆修复的燃油喷嘴的表面具有良好的光洁度。无损探伤检查(染料渗透、X射线等等)显示在激光熔覆修复后的RR501K燃油喷嘴空气帽上没有检测到缺陷。

-小结

- 激光熔覆L605层与锻L605基材之间形成致密的良好的金属键结合。

- 在538℃(1000℉)下与锻L-605基线标本进行比较,激光熔覆L605标本的疲劳寿命显示出相当的性能或者极大的改善。

- 激光熔覆L605标本的疲劳寿命获得提高,可能归因于其非常精细的微观结构和增强的硬度。

- 与锻L-605基线标本相比,激光熔覆L605标本具有略高的硬度和相当的耐滑动磨损性能。

- 在用激光熔覆L-605材料来修复受损的RR501K燃油喷嘴空气帽的过程中,使用了NRC开发的三维投影系统。

- 修复后的燃油喷嘴根据客户的技术要求通过了金相检验和无损探伤检验。

来源:Industrial laser Solution. 2014

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GE零件修复的秘密武器:超音速冷喷技术让零件重获青春 //www.ganjiayu.com/?p=10801 //www.ganjiayu.com/?p=10801#comments Sun, 03 Dec 2017 03:42:54 +0000 http://www.51shape.com/?p=10801 几年前,在纽约州北部的GE实验室工作的科学家提出了一个很酷的想法来修理破损的零件。从字面上看,这种方法被称为Cold Spray-“冷喷”,他们向飞机发动机叶片表面以超音速的速度从喷嘴中喷射微小的金属颗粒,为叶片受损部位添加新材料而不改变其性能。

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不仅低温 还不受尺寸限制 根据GE全球研究中心涂层和表面实验室经理Anteneh Kebbede,该技术可以制造厚达1英寸或更厚的全新部件。对于制造商来说,潜在的好处是巨大的。想象一下,用一把看起来像喷枪的工具,能够将老化部分恢复到原来的状态,这就像开启了受损零件恢复青春的密码。 GE工程师已经将该技术的使用推向了一个新的台阶,今年早些时候,GE航空子公司Avio Aero的工程师开始在意大利测试该技术。上个月,他们用它来修理了一个零件:喷气发动机GE90的变速箱。

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这个零件修复成为冷喷技术的一个应用里程碑。根据3D科学谷的市场研究冷喷涂是几种增材制造方法之一,通过向添加材料而不是切割材料而实现零件的构建。

但即使在高科技增材制造技术分类中,冷喷涂也是一种罕见的技术。大多数金属3D打印机使用激光来加热粉末钛和其他金属,并将它们熔合成一层一层地构建新的部件。包括LENS 3D打印技术,这些技术适用于直接根据计算机文件构建新组件,但是加热现有零部件会改变其晶体结构和机械性能,这需要对工艺和材料有着极高的控制能力,从而使得工艺的大规模商业化变得充满挑战。

对于像喷气式飞机零件来说,这种零件往往需要在低于材料熔点的温度下进行修复,冷喷技术正好满足了这一需求。

此外,对于那些大型结构件的制造,冷喷技术特别具有吸引力。而当前的LENS 3D打印技术由于受到设备尺寸的限制,制造大型的结构件十分困难。冷喷技术则有可能构件更大的部件,唯一的限制是可应用于金属粉末区域的大小。

除了不需要焊接或机加工就能制造全新零件以外,冷喷技术令人兴奋之处在于,它能够将修复材料与零件融为一体,完美恢复零件原有的功能和属性。这样就能有效延长零件使用寿命几年,甚至几十年,最终为客户创造了更大的价值。

在GE的Avio Aero,冷喷雾过程发生在一个步入式冰箱尺寸的金属室内。腔室内装有一个带有超音速喷嘴的机器人手臂,可将小至5微米的金属粉末颗粒喷射到零部件上。他们用如此大的能量撞击表面,与零部件形成扩散结合。根据,实验室的维修开发工程师Giulio Longo,在动力学的作用下,来自粉末充电枪的每一个金属颗粒都会附着在零部件上进行重建用途。

与我们所熟知的3D打印的工作原理有所不同的是,3D打印是根据计算机建模文件构建零件,但冷喷涂机使用实际的喷气发动机零件的数字扫描结果来准确地重建断裂部分。

冷喷技术最早是俄罗斯上世纪80年代中期发明的,目前主要用于机械维修方面。在美国,该技术应用最多的是军事领域,主要用于修复美军的镁合金直升机零件。但用的材料都是质地较软、熔点较低的合金,比如铜、铝、锌等。对于GE的研发人员来说,要面临的挑战是如何利用这种技术结合3D打印生产高品质的高温镍钛合金部件。GE开发的冷喷涂技术可用于构建3D形状,抑或无损修复现有的金属结构或价格昂贵的核心材料。

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冷喷技术非常独特地结合了材料、工艺和产品功能,预计在不久的将来,将会用于飞机部件如转子、叶片、轴、螺旋桨、齿轮箱的维修和改造。由于冷喷不像常见的修复工艺如焊接那样需要加热,它可以将修复对象恢复到其最初的状态。在GE公司的石油和天然气业务部门,GE研究人员正在探索将冷喷作为一种替代技术用于涉及石油天然气钻探和透平机械的维修或上装方面。

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通用电气公司研究人员的“冷喷(Cold Spray)”的増材制造技术用金属粉末高速喷洒制造零件,或者对零件进行修复。冷喷技术已经成为GE日益扩大的増材制造技术方案的一部分。 GE技术总监Christine Furstoss认为这种工艺将在未来的20年内占到50%的应用。

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