การพิมพ์ 3 มิติ นิเคิล In625 เม็ดโลหะสําหรับส่วนประกอบของอุปกรณ์ระบายอากาศ

1. การนําเสนอ

สารสับสนุนที่เนื้อหาจากไนเคิล โดยเฉพาะ Inconel 625 (In625) ใช้อย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อากาศศาสตร์ เนื่องจากความแข็งแรงในอุณหภูมิสูง, ความทนทานต่อการกัดสั่น และความทนทานต่อความเหนื่อยล้าที่โดดเด่นการผลิตสารเสริม (AM), หรือการพิมพ์ 3 มิติ, ทําให้สามารถผลิตส่วนประกอบของเครื่องบินอากาศที่ซับซ้อน ด้วยการลดขยะวัสดุและการปรับปรุงความยืดหยุ่นการออกแบบ.

คําอธิบายรายละเอียดนี้ครอบคลุมคุณสมบัติของผงโลหะ In625, กระบวนการพิมพ์ 3 มิติ, การผลิตหลัง, และการใช้งานในอุปกรณ์หินอากาศ

2อินคอนเนล 625 (In625) คุณสมบัติของผงโลหะ

In625 เป็นสับเพลิงของนิเคิล โครเมียม โมลิบเดนัมที่มีคุณสมบัติหลักต่อไปนี้:

องค์ประกอบทางเคมี (ASTM B443)

คุณสมบัติทางกลและทางความร้อน

• ความแข็งแรงในการดึง: 930 MPa (ในอุณหภูมิห้อง)

• ความแข็งแรง: 517 MPa

• ความยาว: 42.5%

• ความหนาแน่น: 8.44 g/cm3

• จุดละลาย: 1290 - 1350°C

• ความต้านทานต่อการออกซิเดน: ดีเยี่ยมถึง 980 °C

• ความทนทานต่อการกัดกร่อน: ทนทานต่อการกัดกร่อน, การกัดกร่อนในช่องแตก, และสภาพแวดล้อมน้ําเกลือ

คุณสมบัติของผงสําหรับการพิมพ์ 3 มิติ

• การกระจายขนาดอนุภาค: 15 - 45 μm (สําหรับ LPBF) หรือ 45 - 106 μm (สําหรับ DED)

• โมฟโลยี: กลม (เพื่อความสามารถในการไหลได้ที่ดีที่สุด)

• วิธีการผลิตผง: การกระจายก๊าซ (อาร์กอนหรือไนโตรเจน)

• ความสามารถในการไหลผ่าน: ≤ 25 s/50g (การทดสอบ Hall Flowmeter)

• ความหนาแน่นที่เห็นได้ชัด ≥ 4.5 g/cm3

3. กระบวนการพิมพ์ 3D สําหรับ In625 ในทูไบน์อากาศศาสตร์

วิธีการพิมพ์ 3D โลหะที่ทั่วไปที่สุดสําหรับ In625 ได้แก่

A. การหลอมหลอมหลอมหลอมหลอมหลอมหลอมหลอม

• กระบวนการ: เลเซอร์พลังงานสูงหล่อหล่อหล่อหล่อหล่อหล่อหล่อหล่อหล่อหล่อ

• ข้อดี:

  • ความแม่นยําสูง (± 0.05 มม.)

  • ปลายผิวละเอียด (Ra 5 - 15 μm)

  • เหมาะสําหรับช่องลดความเย็นภายในที่ซับซ้อนในใบของทูเบน

• ปริมาตรทั่วไป:

  • พลังงานเลเซอร์: 200 - 400W

  • ความหนาชั้น: 20 - 50 μm

  • ความเร็วการสแกน: 800 - 1200 mm/s

  • อัตราการสร้าง: 5 - 20 ซม 3 / ชั่วโมง

B. การฝากพลังงานที่กํากับ (DED / LENS)

• กระบวนการ: ไลเซอร์หรือแสงอิเล็กตรอนหลอมผง In625 เมื่อมันถูกฝาก

• ข้อดี:

  • อัตราการฝากที่สูงขึ้น (50 - 200 ซม3/ชม.)

  • เหมาะสําหรับส่วนประกอบและการซ่อมแซมของทัพบินขนาดใหญ่

• ปริมาตรทั่วไป:

  • พลังงานเลเซอร์: 500 - 2000 W

  • อัตราการให้ปุ๊บอาหาร: 5 - 20 กรัม/นาที

C. การละลายขั้วอิเล็กตรอน (EBM)

• กระบวนการ: ใช้กระแสอิเล็กตรอนในระยะว่าง เพื่อหลอมผง In625

• ข้อดี:

  • ความเครียดเหลือที่ลดลง (เนื่องจากอุณหภูมิการทําความร้อนก่อนสูง)

  • อัตราการสร้างที่เร็วกว่า LPBF

• ปริมาตรทั่วไป:

  • กระแสไฟฟ้า: 5 - 50 mA

  • ความแรงกระชับความเร็ว: 60 kV

  • ความหนาชั้น: 50 - 100 μm

4. การแปรรูปหลังสําหรับส่วนประกอบของอุปกรณ์เครื่องบินอวกาศ

เพื่อตอบสนองความต้องการด้านอากาศที่เข้มงวด การดําเนินงานหลังการแปรรูปเป็นสิ่งจําเป็น

A. การรักษาด้วยความร้อน

• การบรรเทาความเครียด: 870 °C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง (อากาศเย็น)

• โซลูชั่น การเผาผลาญ: 1150 °C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง (การดับน้ํา)

• การเติบโต (หากจําเป็น): 700 - 800 °C ตลอด 8 - 24 ชั่วโมง

B. การกดแบบไอโซสตติกร้อน (HIP)

• วัตถุประสงค์: กําจัดขุมขัดภายใน (เพิ่มความทนทานจากการเหนื่อยล้า)

• ปริมาตร: 1200 °C ที่ 100 - 150 MPa ตลอด 4 ชั่วโมง

C. การแปรรูปและการบวก

• การแปรรูป CNC: สําหรับลักษณะความอดทนที่แน่น

• การบํารุงผิว: การเคลือบไฟฟ้าเคมี หรือการแปรรูปกระแสการเคลือบด้วยเครื่องบด เพื่อทําผิวเรียบ

• การทดสอบที่ไม่ทําลาย (NDT): X-ray CT, การทดสอบ ultrasonic หรือการตรวจสอบสารเจาะสี

5. การใช้งานในอุปกรณ์เทอร์บีนอากาศ

In625 ที่พิมพ์แบบ 3D ใช้ในส่วนประกอบสําคัญของทัวร์บีน เช่น

• ปลาทัวร์บีนและฟาน (มีช่องการเย็นภายใน)

• ผนังเครื่องเผาไหม้ (ความทนทานต่อความร้อนและการกัดกร่อน)

• ช่องออก (ความมั่นคงในอุณหภูมิสูง)

• กระปุกน้ํามัน (เครื่องยนต์ LEAP ของ GE Aviation ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ In625)

• การซ่อมแซมชิ้นส่วนของอุปกรณ์เรือน (ผ่าน DED)

ข้อดีเหนือการผลิตแบบดั้งเดิม

✔ การลดน้ําหนัก (โครงสร้างกรวย & การปรับปรุงทอปโลจี)
✔ การผลิตที่รวดเร็วขึ้น (ไม่ต้องใช้เครื่องมือที่ซับซ้อน)
✔ การทํางานที่ดีขึ้น (ช่องทางการเย็นที่ปรับปรุง)
✔ ประหยัดวัสดุ (การผลิตเกือบเป็นรูปเครือ)

6ความท้าทายและแนวโน้มในอนาคต

ความท้าทาย

• ราคาสูงของ In625 Powder

• ความเครียดและการบิดเบือนที่เหลือ (ต้องการการรักษาความร้อนอย่างเหมาะสม)

• ขนาดขั้นต่ําของการใช้ใหม่ของผง (โดยทั่วไป 5 - 10 วงจรก่อนการทําลายล้าง)

แนวโน้มในอนาคต

• การปรับปรุงกระบวนการโดยใช้ AI (สําหรับการพิมพ์ที่ไม่มีความบกพร่อง)

• การผลิตแบบไฮบริด (รวม AM กับ CNC machining)

• การพัฒนาสกัดเหล็กใหม่ (แบบที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น)