1 Revisió de la tecnologia d'impressió 3D de metall
La impressió 3D de metall, de vegades anomenada fabricació additiva metàl·lica, és una tècnica mitjançant la qual es creen coses tridimensionals mitjançant l'apilament de pols o cables metàl·lics capa per capa. La impressió 3D de metall ofereix menys costos de fabricació, cicles de desenvolupament més curts i més llibertat de disseny que la fosa convencional, la forja o el processament mecànic. Es pot adaptar per adaptar-se a les necessitats reals i aconseguir una formació integrada de formes geomètriques complexes.
Dues aplicacions destacades de la tecnologia d'impressió 3D metàl·lica en la fabricació de pales de turbines d'avions són la deposició d'energia dirigida (DED) i la fusió selectiva en llit de pols (PBF). La sinterització làser directa de metalls (DMLS), la fusió selectiva per làser (SLM), la fusió per feix d'electrons (EBM), etc. formen part del procés PBF. Utilitzant làser o feix d'electrons, escalfen la pols metàl·lica fins al punt de fusió, aconseguint així l'apilament capa per capa. El procés DED afegeix constantment filferros metàl·lics o pols a la plataforma de l'edifici després de fondre-los selectivament utilitzant raigs làser, raigs d'electrons, plasma o arc com a fonts de calor.
2 La impressió 3D de metall millora el rendiment de les pales de la turbina de l'avió
Millorar l'estructura de les fulles.
Normalment amb superfícies de forma lliure complicades, les pales de les turbines de l'avió requereixen una precisió de fabricació força alta. Les formes de fulla més exactes i sofisticades possibles gràcies a les tecnologies d'impressió 3D de metall ajuden a maximitzar el rendiment aerodinàmic. El control de precisió del procés d'impressió permet produir fulles amb canals de refrigeració complexos i recobriments aïllants eficaços, millorant per tant la seva dissipació de calor i la seva capacitat de suport de temperatura.
Per a perfils aerodinàmics de pales de turbina, GE, per exemple, ha aconseguit el disseny de parets exteriors multicapa mitjançant la fabricació additiva. Aquesta construcció augmenta la capacitat de suport de la temperatura de les pales originals de la turbina, millorant per tant la seva capacitat de refrigeració i, per tant, la temperatura de funcionament del motor. Actualment sota l'atenció de la investigació i un dels principals beneficis de la tecnologia d'impressió 3D de metall en la producció de pales de turbines d'avions és aquest mètode de refrigeració per aire més eficaç.
Millorar el rendiment dels materials.
Els materials d'aliatge d'alt rendiment, com els aliatges de titani, els aliatges d'alta temperatura basats en níquel, etc., es poden utilitzar en tecnologies d'impressió 3D de metall. Aquests materials poden tolerar grans condicions de funcionament i tenen excel·lents qualitats mecàniques i resistència a l'oxidació. En controlar amb precisió la microestructura i la mida del gra dels materials, la tecnologia d'impressió 3D de metall ajuda a maximitzar les seves qualitats mecàniques.
Els investigadors del MIT han descobert que afegir etapes addicionals de tractament tèrmic ajuda a convertir els grans fins dels materials impresos en 3D en grans "columnars" més grans, microestructures més robustes i pot reduir el potencial de fluïdesa del material. Aquest desenvolupament obre el camí per a la impressió industrial en 3D de pales de turbines de gas, permetent així que les pales impreses en 3D conserven una millor flexibilitat i resistència en un entorn molt calent.
Reconèixer l'arquitectura lleugera.
En maximitzar l'estructura i la distribució del material de les fulles, la tecnologia d'impressió 3D metàl·lica pot aconseguir un disseny lleuger i, per tant, un pes inferior sense comprometre el rendiment. Això és molt important per a l'eficiència del vol de l'avió i la millora de l'economia de combustible. Per exemple, les pales de turbina d'aliatge d'alumini de titani produïdes amb tecnologia d'impressió 3D metàl·lica tenen gairebé la meitat del pes que les pales d'aliatge convencionals a base de níquel, per tant, redueixen molt el consum de combustible i els contaminants.
Redueix el cicle de desenvolupament i redueix les despeses.
Un prototip ràpid i una producció a mida fetes possibles per la tecnologia d'impressió 3D de metall podrien reduir considerablement el cicle de desenvolupament de les pales de la turbina de l'avió. La impressió directa de dissenys geomètrics complicats ajuda a eliminar diversos procediments i despeses de motlle en els mètodes de fabricació convencionals, reduint per tant els costos de fabricació. A més, abordant els requisits de personalització individualitzat del sector de l'aviació, la tecnologia d'impressió 3D metàl·lica també pot aconseguir una producció per lots petits i múltiples variacions.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/slm-3d-printing-milling-cutter-tools.html