Kryt turbíny pro vysoké teploty pomocí aditivní výroby

Obsah

Úvod: Pokrok v technologii turbín pomocí vysokoteplotní aditivní výroby kovů

V náročném světě letectví, automobilového průmyslu a průmyslové energetiky jsou komponenty neustále vystaveny tlaku na hranici svých provozních možností. Mezi nejkritičtější patří skříně turbín, základní konstrukce, které musí odolávat extrémním teplotám, vysokým tlakům a korozivnímu prostředí a zároveň přesně usměrňovat proudění plynu. Výroba těchto složitých součástí, které se tradičně vyrábějí odléváním a rozsáhlým obráběním, zahrnuje dlouhé dodací lhůty, značné náklady na nástroje a konstrukční omezení. Transformační technologie však způsobuje revoluci ve výrobě těchto vysoce výkonných dílů: Výroba aditiv kovů (AM), známý také jako kov 3D tisk.  

Tento vývoj má zásadní význam zejména pro vysokoteplotní skříně turbín, kde je nejdůležitější výkonnost materiálu. Provozní prostředí často překračuje teplotu 650∘C (1200∘F) a v pokročilých aplikacích plynových turbín může dosahovat i více než 1000∘C (1832∘F). Při těchto teplotách si materiály musí zachovat mimořádnou pevnost, odolávat deformaci tečením a odolávat oxidaci a korozi. Zde se uplatní pokročilé superslitiny na bázi niklu, jako např IN718 a Haynes 282 vynikají potřebnými termomechanickými vlastnostmi. Výzvou je tvarování těchto vysoce výkonných, často obtížně obrobitelných slitin do složitých geometrických tvarů, které jsou nezbytné pro optimální účinnost turbíny.

3D tisk z kovu nabízí změnu paradigmatu. Technologie jako SEBM (Selective Electron Beam Melting) a LPBF (Laser Powder Bed Fusion) vytvářejí díly vrstvu po vrstvě přímo z kovového prášku podle digitálního modelu. Tento přístup otevírá nebývalou konstrukční svobodu a umožňuje vytvářet složité vnitřní prvky, optimalizované průtokové cesty a lehké konstrukce, jejichž výroba běžnými metodami je nemožná nebo neúměrně nákladná. Pro inženýry a manažery nákupu, kteří usilují o zvýšení výkonu, zkrácení vývojových cyklů a zlepšení odolnosti dodavatelského řetězce, již není pochopení potenciálu AM pro skříně turbín volitelné - je to strategický imperativ.  

Firmy jako Met3dp jsou v čele tohoto technologického pokroku. Společnost Met3dp, která se specializuje na řešení aditivní výroby kovů, poskytuje nejen nejmodernější zařízení pro 3D tisk, které je známé svými špičkový objem, přesnost a spolehlivost tisku, ale také vysoce výkonné kovové prášky speciálně vyvinuté pro náročné aplikace. Naše odborné znalosti procesů, jako je SEBM, a naše pokročilé možnosti výroby prášků s využitím technologií plynové atomizace a plazmového rotačního elektrodového procesu (PREP) zajišťují výrobu hustých, vysoce kvalitních kovových dílů s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, které se dokonale hodí pro kritické součásti, jako jsou skříně turbín. Tento příspěvek na blogu se zabývá aplikacemi, výhodami, materiály, konstrukčními úvahami a strategiemi nákupu spojenými s výrobou vysokoteplotních krytů turbín pomocí aditivní výroby, což vám umožní využít tuto technologii pro váš příští projekt.

Základní funkce a aplikace: Kde se používají 3D tištěná pouzdra turbín?

Skříně turbín jsou základními součástmi každého systému, který využívá turbínu k získávání energie z proudící tekutiny nebo k jejímu předávání. Mezi jejich hlavní funkce patří zachycení vysokoteplotních a vysokotlakých plynů, optimální vedení proudu do a z turbínového kola (oběžného kola nebo rotoru) a konstrukční podpora rotující sestavy. Výkon a životnost celého turbosoustrojí silně závisí na celistvosti a konstrukci jeho skříně. Aditivní výroba nachází stále větší uplatnění v různých odvětvích, která vyžadují vysoce výkonné turbínové skříně:

Klíčová odvětví a aplikace:

  • Automobilová turbodmychadla:
    • Funkce: Skříň turbíny (často nazývaná spirála nebo spirála turbíny) odvádí výfukové plyny ze sběrného potrubí motoru na kolo turbíny a pohání kompresor, který zvyšuje sací tlak motoru. U výkonných turbodmychadel, zejména pro motorsport nebo těžké dieselové aplikace, dochází k extrémním teplotám výfukových plynů.  
    • Výhoda AM: Umožňuje složité tvary spirál pro lepší aerodynamickou účinnost (rychlejší roztočení, vyšší nárůst tlaku), integraci prvků wastegate, použití vysokoteplotních superslitin pro vyšší trvanlivost a tepelnou odolnost a rychlou výrobu prototypů pro nové vývojové programy motorů. Manažeři nákupu B2B těží z rychlejších cyklů NPI (New Product Introduction) a z možnosti získávat vysoce výkonné komponenty na míru.
  • Letecké plynové turbíny:
    • Funkce: Skříně obsahují různé stupně turbíny v proudových motorech, pomocných energetických jednotkách (APU) a průmyslových plynových turbínách používaných k výrobě energie. Tyto součásti pracují pod obrovským tepelným a mechanickým namáháním.
    • Výhoda AM: Usnadňuje vytváření lehkých konstrukcí díky optimalizaci topologie, integruje složité chladicí kanály přímo do stěn skříně pro lepší tepelný management, umožňuje konsolidaci dílů (snižuje složitost montáže a potenciální netěsnosti) a umožňuje použití pokročilých superslitin optimalizovaných pro specifické teplotní oblasti v motoru. Dodavatelé v leteckém průmyslu využívají AM pro letově certifikované součásti s lepším poměrem výkonu a hmotnosti a potenciálně nižšími náklady na MRO (údržba, opravy a generální opravy) díky lepší odolnosti.
  • Průmyslová výroba energie:
    • Funkce: Velké průmyslové plynové a parní turbíny se spoléhají na robustní skříně, které obsahují vysokotlakou páru nebo spaliny pohánějící generátory. Účinnost a dlouhodobá spolehlivost jsou rozhodující.  
    • Výhoda AM: Umožňuje výrobu náhradních dílů pro starší systémy, u nichž již neexistuje původní nástrojové vybavení (digitální skladování), usnadňuje modernizaci konstrukce pro zvýšení účinnosti, umožňuje rychlou výrobu krytů na míru pro specifické požadavky závodu a podporuje použití materiálů odolných proti tečení pro prodloužení životnosti. B2B distributoři a poskytovatelé služeb mohou nabídnout kratší dobu dodání kritických náhradních dílů.  
  • Námořní turbodmychadla:
    • Funkce: Podobná automobilovým turbodmychadlům, ale obvykle větší a určená pro nepřetržitý provoz při velkém zatížení ve velkých lodních vznětových motorech. Další výzvou je odolnost proti korozi v prostředí slané vody.
    • Výhoda AM: Umožňuje optimalizované konstrukce přizpůsobené specifickým výkonovým charakteristikám motoru, umožňuje použití korozivzdorných vysokoteplotních slitin a podporuje výrobu na vyžádání blíže k loděnicím nebo servisním střediskům, čímž se zkracují prostoje. Velkoobchodní dodavatelé mohou využívat flexibilitu AM&#8217 pro menší objemy specializovaných dílů lodních motorů.  
  • Mikroturbíny a experimentální systémy:
    • Funkce: Menší turbíny používané v distribuované výrobě, v systémech kombinované výroby tepla a elektřiny nebo ve výzkumu často vyžadují velmi přizpůsobené nebo složité konstrukce skříní.
    • Výhoda AM: Ideální pro malosériovou výrobu, složité geometrie typické pro kompaktní konstrukce, rychlé iterace ve fázích výzkumu a vývoje a testování nových konceptů bez vysokých nákladů na tradiční nástroje.  

Úvahy o získávání B2B:

Manažeři nákupu a inženýři, kteří obstarávají skříně turbín, čelí několika výzvám:

  • Dlouhé dodací lhůty: Tradiční postupy odlévání vyžadují značný čas na výrobu vzorů, vytvoření nástrojů, odlévání a rozsáhlé následné opracování.
  • Vysoké náklady na nástroje: Nástroje pro investiční lití jsou drahé, což prodražuje malosériovou výrobu nebo iterace návrhu.  
  • Omezení návrhu: Omezení odlévání mohou omezit geometrickou složitost, což může ohrozit optimální aerodynamický výkon nebo účinnost chlazení.
  • Omezení materiálu: Ne všechny vysoce výkonné slitiny lze snadno odlévat nebo obrábět.
  • Zranitelnost dodavatelského řetězce: Závislost na specializovaných slévárnách může vytvářet úzká místa.

3D tisk z kovu přímo řeší tyto bolestivé body a nabízí přesvědčivou alternativu pro pořizování vysoce výkonných krytů turbín, zejména pokud se jedná o složité konstrukce, náročné materiály a potřebu pružného vývoje a výroby. Spolupráce se zkušenou 3D tisk z kovu poskytovatel služeb, jako je Met3dp, zajišťuje přístup ke správné technologii, materiálům a odborným znalostem.  

229

Proč používat 3D tisk z kovu pro výrobu skříní turbín?

Zatímco tradiční výrobní metody, jako je investiční odlévání a následné CNC obrábění, byly dlouho standardem pro skříně turbín, aditivní výroba kovů představuje přesvědčivý soubor výhod, zejména pro vysokoteplotní a vysoce výkonné aplikace. Tyto výhody silně rezonují s inženýry, kteří hledají vyšší výkonnost, a s manažery nákupu, kteří se zaměřují na optimalizaci nákladů, dodací lhůty a efektivitu dodavatelského řetězce.

Hlavní výhody AM pro skříně turbín:

  • Bezkonkurenční volnost designu & Komplexnost:
    • Výzva: Odlévání omezuje složitost vnitřních kanálů, rozdíly v tloušťce stěn a složité vnější prvky. Obrábění se potýká s hlubokými vnitřními kapsami a složitými zakřiveními.
    • Řešení AM: Technologie AM vytváří díly vrstvu po vrstvě, což umožňuje vytvářet velmi složité vnitřní geometrie, jako jsou optimalizované tvary spirál pro lepší aerodynamické proudění, integrované chladicí kanály odpovídající horkým místům a mřížkové struktury pro snížení hmotnosti bez ztráty tuhosti. To umožňuje konstruktérům dosáhnout dříve nedosažitelných úrovní výkonu.  
    • Příklad: Konstrukce skříně turbodmychadla s dvoustěnnou strukturou s vnitřními chladicími kanály, která zvládá zahřívání a zlepšuje životnost ložisek, je díky AM proveditelná a nákladově efektivní.
  • Rychlé prototypování a iterace:
    • Výzva: Vytváření prototypů odléváním je pomalé a nákladné kvůli požadavkům na nástroje. Změny designu vyžadují nákladné úpravy nástrojů.
    • Řešení AM: AM umožňuje přímou výrobu funkčních prototypů z dat CAD v řádu dnů namísto týdnů či měsíců. Iterace návrhu lze testovat rychle a levně, což urychluje vývojový cyklus nových návrhů turbín nebo programů motorů. Tato pružnost je na konkurenčních trzích, jako je automobilový a letecký průmysl, klíčová.  
  • Zkrácené dodací lhůty:
    • Výzva: Tradiční výrobní cykly složitých odlitků se mohou protáhnout na několik měsíců, včetně výroby nástrojů, odlévání, tepelného zpracování a rozsáhlého obrábění.
    • Řešení AM: U prototypů a malosériové až středně velkosériové výroby AM výrazně zkracuje celkovou dobu výroby, protože odpadá potřeba nástrojů. Ačkoli doba tisku může být značná celkem doba od finalizace návrhu k hotovému dílu se často výrazně zkracuje. To je výhodné pro B2B klienty, kteří potřebují rychlejší uvedení na trh nebo naléhavé náhradní díly.  
  • Možnosti odlehčení:
    • Výzva: Snížení hmotnosti je v letectví a výkonných automobilech zásadní pro zlepšení palivové účinnosti a celkového výkonu. Tradiční metody nabízejí omezený prostor pro výrazné snížení hmotnosti skříní.  
    • Řešení AM: Techniky, jako je optimalizace topologie, řízená analýzou konečných prvků (FEA), umožňují konstruktérům umístit materiál pouze tam, kde je to z konstrukčního hlediska nutné. AM pak může realizovat tyto optimalizované, často organicky vypadající tvary a vnitřní mřížkové struktury, což vede k podstatnému snížení hmotnosti (např. o 20-40 %) ve srovnání s odlévanými/obráběnými protějšky při zachování nebo dokonce zvýšení tuhosti.
  • Materiálové schopnosti:
    • Výzva: Některé pokročilé niklové superslitiny, které mají zásadní význam pro pevnost při vysokých teplotách, se notoricky obtížně odlévají nebo obrábějí (např. vykazují špatnou tekutost při odlévání nebo vysoké pracovní ztvrdnutí při obrábění).  
    • Řešení AM: Procesy tavení v práškovém loži, jako je SEBM, jsou vhodné pro zpracování vysoce výkonných slitin, jako jsou IN718 a Haynes 282. Ačkoli existují problémy (o nichž bude pojednáno později), AM nabízí životaschopnou, často lepší cestu k výrobě složitých dílů z těchto náročných materiálů. Společnost Met3dp se zaměřuje na vysoce kvalitní kovové prášky zajišťuje optimální vlastnosti materiálu pro tyto procesy.
  • Konsolidace částí:
    • Výzva: Složité sestavy se často skládají z více jednotlivých součástí sešroubovaných nebo svařených dohromady, což zvyšuje hmotnost, dobu montáže a potenciální místa poruch (spoje, těsnění).
    • Řešení AM: AM umožňuje konstruktérům sloučit více komponent do jediného monolitického tištěného dílu. V případě skříní turbín to může znamenat integraci montážních konzol, šachet senzorů nebo dokonce částí přilehlého potrubí, což snižuje počet dílů, zjednodušuje montáž a zvyšuje celkovou spolehlivost systému.
  • Výroba na vyžádání & Digitální zásoby:
    • Výzva: Udržování fyzických zásob pro širokou škálu variant skříní turbín nebo starších dílů je nákladné a neefektivní. Minimální objednací množství odlitků může být u náhradních dílů neúnosné.
    • Řešení AM: Díly lze ukládat jako digitální soubory (data CAD) a tisknout je pouze v případě potřeby. Tato koncepce “digitálního skladu&#8221 výrazně snižuje náklady na držení zásob a plýtvání a umožňuje efektivní výrobu náhradních dílů nebo malosériových variant. Dodavatelé B2B mohou nabídnout větší flexibilitu a schopnost reagovat.  
  • Odolnost dodavatelského řetězce:
    • Výzva: Závislost na omezeném počtu specializovaných sléváren vytváří rizika dodavatelského řetězce (úzká místa, geopolitické problémy, životaschopnost dodavatelů).
    • Řešení AM: Aditivní výroba nabízí potenciál pro více distribuovaných výrobních sítí. Ačkoli špičková kovová AM stále vyžaduje specializované odborné znalosti a vybavení, diverzifikuje možnosti výroby a může potenciálně zkrátit dodavatelské řetězce.  

Srovnávací tabulka: Tradiční odlévání/obrábění vs. AM kovů pro skříně turbín

VlastnostiTradiční odlévání a obráběníAditivní výroba kovů (např. SEBM/LPBF)Důsledky pro B2B
Složitost návrhuOmezeno nástroji, úhly tahu, přístupem k obráběníVysoká, umožňuje komplexní vnitřní prvky, optimalizované tvaryVylepšený výkon výrobků, jedinečný design
Náklady na nástrojeVysoká (vzory, formy, lisovací formy)Žádné (beznástrojová výroba)Nižší bariéra pro prototypy & vzorkovna; malosériová výroba
Doba realizace (prototyp)Týdny až měsíceDny až týdnyRychlejší vývoj produktů, rychlejší vstup na trh
Dodací lhůta (výroba)Mírná (po nástroji)Může být delší na jeden díl, ale rychlejší nastaveníZáleží na objemu, AM je konkurenceschopná pro nízké a střední objemy
Materiálový odpadMírné (podavače/brány odlitků, třísky z obrábění)Nízká (recyklovatelnost prášku)Snížení nákladů na materiál, výhody pro udržitelnost
OdlehčeníOmezený potenciálVýznamný potenciál (optimalizace topologie, mřížky)Vyšší účinnost (palivo, výkon)
Konsolidace částíObtížné / omezenéVysoký potenciálSnížení nákladů na montáž, vyšší spolehlivost
Min. Objednané množstvíČasto vysoké v důsledku amortizace nástrojůJeden (nebo nízký objem)Flexibilita pro náhradní díly, přizpůsobení, NPI
Vhodnost materiáluZavedeno pro mnoho slitin, problémy s některýmiVynikající pro superslitiny jako IN718, H282; specifický procesPřístup k vysoce výkonným materiálům
Počáteční náklady na dílNižší pro velmi vysoké objemyMůže být vyšší v přepočtu na díl, zejména u velkých součástíPotřebná analýza TCO; AM je nákladově efektivní pro složité díly

Export do archů

Ačkoli AM obrábění kovů nabízí významné výhody, je nezbytné zvolit správný proces a partnera. Odborné znalosti společnosti Met3dp v oblasti Metody tisku SEBM a její komplexní znalosti interakcí mezi materiály a procesy zajišťují optimální výsledky pro náročné komponenty, jako jsou skříně turbín.

Zaměření materiálu: IN718 a Haynes 282 pro extrémní prostředí

Výběr správného materiálu je pravděpodobně nejdůležitějším faktorem pro úspěšnou konstrukci a provoz vysokoteplotního krytu turbíny. Materiál musí odolávat trýznivé kombinaci vysokých teplot, značného mechanického zatížení (včetně tečení a únavy), tepelného cyklování a potenciálně korozivního/oxidačního prostředí vytvářeného spalinami nebo proudy výfukových plynů. Pro aplikace, které posouvají hranice výkonnosti, jsou vhodným materiálem superslitiny na bázi niklu. Mezi ně patří např, Inconel 718 (IN718) a Haynes 282 se jeví jako vynikající kandidáti pro aditivní výrobu skříní turbín.

Proč superslitiny na bázi niklu?

Výjimečné vysokoteplotní vlastnosti superslitin na bázi niklu vyplývají z jejich specifické mikrostruktury. Obvykle se skládají z austenitické (kubické s centrovaným povrchem – FCC) niklové matrice, zpevněné různými mechanismy:

  1. Posílení pevného roztoku: Legující prvky jako kobalt (Co), molybden (Mo), wolfram (W) a chrom (Cr) se rozpouštějí v niklové matrici, narušují krystalovou mřížku a brání pohybu dislokací.
  2. Srážkové kalení: Jedná se o primární posilovací mechanismus. Specifické legující příměsi (např. niob (Nb), titan (Ti), hliník (Al)) umožňují během tepelného zpracování vznik jemně rozptýlených intermetalických precipitačních fází v matrici.
    • Fáze Gamma Prime (γ′): Ni$_3$(Al,Ti) – koherentní, uspořádané FCC precipitáty. Primární zpevňovač v mnoha Ni-slitinách až do středních teplot.
    • Gamma Double Prime (γ′′) Fáze: Ni$_3$Nb – koherentní, tělesově centrované tetragonální (BCT) precipitáty. Poskytuje výjimečnou pevnost v IN718 do cca 650∘C (1200∘F), ale při vyšších teplotách může zhrubnout nebo se transformovat.
    • Karbidy: Na hranicích zrn a uvnitř zrn se tvoří různé karbidy (např. MC, M$_{23}$C$_6$, M$_6$C), které přispívají k pevnosti a odolnosti proti tečení, ale někdy ovlivňují tažnost, pokud nejsou kontrolovány.

Inconel 718 (IN718 / Alloy 718 / UNS N07718): Pracovní superslitina

IN718 je pravděpodobně nejpoužívanější superslitinou na bázi niklu díky své vynikající kombinaci vysoké pevnosti, dobré únavové životnosti, odolnosti proti korozi a především relativně dobré svařitelnosti a zpracovatelnosti, která se rozšiřuje i na aditivní výrobu.  

  • Klíčové vlastnosti & Výhody:
    • Vysoká pevnost: Zachovává si značnou pevnost v tahu a v kluzu až do teploty přibližně 650-700∘C (1200-1300∘F). To je způsobeno především precipitačním zpevněním fází γ′′ (Ni$_3$Nb), doplněnou fází γ′′ (Ni$_3$(Al,Ti)).
    • Dobrá odolnost proti tečení: Nabízí dobrou odolnost proti časově závislé deformaci při namáhání za zvýšených teplot v rámci použitelného rozsahu.
    • Vynikající zpracovatelnost: V porovnání s jinými superslitinami vykazuje IN718 lepší odolnost proti deformačnímu praskání při svařování a tepelném zpracování, takže je šetrnější ke složitým výrobním procesům, jako je AM.  
    • Odolnost proti korozi: Dobrá odolnost proti oxidaci a korozi v mnoha průmyslových a leteckých prostředích.
    • Efektivita nákladů: Relativně nižší cena ve srovnání s modernějšími superslitinami díky jejich rozšířenému použití a zavedeným výrobním metodám.
  • Omezení:
    • Primární zpevňující fáze γ′′ je metastabilní a při teplotách nad přibližně 650∘C má tendenci hrubnout nebo se přeměnit na méně účinnou fázi delta (δ), což vede k výraznému poklesu pevnosti a odolnosti proti tečení. To omezuje jeho vhodnost pro nejteplejší části moderních turbín.  
  • Vhodnost pro AM: IN718 je jednou z nejprobádanějších a nejčastěji tištěných superslitin prostřednictvím LPBF a SEBM. Parametry procesu jsou poměrně dobře zavedené, i když je stále zapotřebí pečlivé kontroly, aby bylo možné zvládnout zbytková napětí, zabránit vzniku trhlin a dosáhnout požadované mikrostruktury vhodným tepelným zpracováním po tisku. Společnost Met3dp nabízí vysoce sférický, tekutý prášek IN718 optimalizovaný pro procesy AM.  

Haynes 282 (UNS N07208): Vynikající vysokoteplotní schopnost

Haynes 282 je novější generace superslitiny zesílené gama-křemenem (γ′), která byla speciálně vyvinuta pro vyšší pevnost při vysokých teplotách, odolnost proti tečení, tepelnou stabilitu a vyrobitelnost ve srovnání s jinými vysokopevnostními slitinami, jako je Waspaloy nebo R-41.  

  • Klíčové vlastnosti & Výhody:
    • Výjimečná pevnost v tahu: Nabízí výrazně lepší odolnost proti tečení než IN718 a Waspaloy, zejména v rozsahu teplot 650-900∘C (1200-1650∘F). Jeho pevnostní výhoda se zvýrazňuje při vyšších teplotách.
    • Vynikající tepelná stabilita: Fáze zpevňující precipitát γ′ je stabilnější při vyšších teplotách ve srovnání s fází γ′′ v IN718.
    • Dobrá vyrobitelnost: Je navržen pro lepší svařitelnost a odolnost proti deformačnímu praskání ve srovnání s podobně silnými slitinami, takže je vhodný pro komplexní komponenty a AM.  
    • Dobrá odolnost proti oxidaci: Srovnatelná nebo mírně lepší odolnost proti oxidaci než Waspaloy až do teploty 980∘C (1800∘F).
  • Omezení:
    • Vyšší náklady než u IN718 z důvodu složitějšího složení (vyšší obsah Co, Mo, Ti) a nižšího objemu výroby.
    • Vyžaduje specifické, často složité, vícestupňové tepelné zpracování, aby se optimalizovala jeho mikrostruktura a vlastnosti.
  • Vhodnost pro AM: Haynes 282 se stále častěji používá pro aditivní výrobu, zejména prostřednictvím LPBF, pro aplikace vyžadující vyšší teplotní odolnost, než může poskytnout IN718. Zpracování vyžaduje pečlivý vývoj a kontrolu parametrů pro řízení teplotních gradientů a zajištění mikrostrukturní integrity. Jeho dobré výrobní vlastnosti jsou pro AM výhodné. Společnost Met3dp si uvědomuje rostoucí poptávku po těchto pokročilých materiálech a disponuje schopností vyrábět vysoce kvalitní prášek Haynes 282 pomocí svých pokročilých atomizačních technik.  

Kritéria výběru materiálu pro skříně turbín:

Volba mezi IN718 a Haynes 282 (nebo jinými superslitinami) závisí na konkrétních provozních podmínkách a konstrukčních požadavcích:

FaktorPříznivci IN718Ve prospěch Haynes 282Úvahy
Maximální provozní teplota.Do ~ 650∘C (1200∘F)Do ~ 900∘C (1650∘F)Zvažte vliv špičkové a trvalé teploty a tepelného cyklování.
Požadavek na pevnost v tahuMírnýVysoká / velmi vysokáKritické pro díly vystavené trvalému zatížení při vysokých teplotách.
Citlivost na nákladyVyšší (nižší materiál & náklady na zpracování)Nižší (vyšší materiál & potenciálně zpracování)Vyvážit potřeby výkonu s rozpočtovými omezeními. Důležité jsou celkové náklady na vlastnictví.
Složitost výrobyObecně jednodušší, zavedenější procesNáročnější, vyžaduje přísnější kontroluZvažte zkušenosti dodavatele s konkrétní slitinou a procesem AM.
Potřeba opravy svaruObecně lepší svařitelnostDobrá svařitelnost (navrženo pro ni)Důležité pro případné úpravy po zpracování nebo činnosti MRO.
Stávající specifikaceŠiroce specifikované (AMS 5662/5663 atd.)Rostoucí adopce (AMS 5951 atd.)Zajistěte, aby materiál splňoval požadované průmyslové nebo podnikové normy (např. pro letecký průmysl).

Export do archů

Úloha Met3dp v zásobování materiálem:

Jako poskytovatel obou zařízení pro aditivní výrobu a vysoce výkonné kovové prášky, společnost Met3dp chápe kritickou vazbu mezi kvalitou materiálu a výkonem finálního dílu. Naše pokročilé systémy pro výrobu prášku, využívající technologie plynové atomizace a PREP, vyrábí sférické kovové prášky s:

  • Vysoká sféricita & dobrá tekutost: Důležité pro rovnoměrnou hustotu práškového lože a konzistentní tavení v procesech AM.
  • Řízená distribuce velikosti částic (PSD): Optimalizováno pro konkrétní stroje AM a požadované tloušťky vrstev.
  • Nízké úrovně nečistot (zejména kyslík & amp; dusík): Je to rozhodující pro dosažení optimálních mechanických vlastností a prevenci defektů ve finálním dílu.
  • Vysoká hustota balení: Přispívá k výrobě plně hustých součástí.

Nabízíme optimalizované prášky pro slitiny, jako je IN718, a jsme schopni vyrábět další pokročilé superslitiny, jako je Haynes 282, čímž zajišťujeme, že naši B2B klienti - od leteckých OEM výrobců až po dodavatele automobilového průmyslu - mají přístup k vysoce kvalitním materiálům potřebným pro nejnáročnější aplikace turbínové skříně. Spolupráce se zkušenými dodavateli, jako je společnost Met3dp, poskytuje jistotu sledovatelnosti materiálu, kontroly kvality a konzistence jednotlivých šarží, které jsou pro kritické komponenty životně důležité.

230

Design pro aditivní výrobu (DfAM): Optimalizace skříní turbín pro 3D tisk

Úspěšné využití aditivní výroby kovů pro skříně turbín vyžaduje více než jen převedení stávajícího odlitku do souboru pro tisk. Vyžaduje to zásadní změnu v myšlení směrem k Design pro aditivní výrobu (DfAM). Zásady DfAM podněcují inženýry k tomu, aby překonali omezení tradiční výroby a plně využili jedinečných možností AM ke zvýšení výkonu, snížení hmotnosti a zefektivnění výroby. Pro složité součásti, jako jsou skříně turbín pracující v extrémních podmínkách, je přijetí DfAM nejen přínosné, ale i nezbytné pro využití plného potenciálu této technologie.

Přijetí geometrické svobody:

Přístup AM’po vrstvách osvobozuje konstruktéry od úhlů tahu, omezení přístupu k nástrojům a požadavků na stejnou tloušťku stěny, které jsou často kladeny při odlévání a obrábění. Tato svoboda umožňuje:

  • Vysoce optimalizované cesty toku: Skříně turbín a výfukové cesty mohou být navrženy se složitými zakřiveními a proměnnými průřezy, které jsou přesně vypočteny pomocí počítačové dynamiky tekutin (CFD), aby se maximalizovala aerodynamická účinnost, zlepšil náběh turbíny a snížil protitlak.
  • Integrované funkce: Přímo do konstrukce skříně lze integrovat montážní držáky, šroubení snímačů, tepelné štíty, a dokonce i části přilehlého potrubí. Tento konsolidace částí zkracuje dobu montáže, minimalizuje potenciální netěsnosti spojů, snižuje celkovou hmotnost a zjednodušuje kusovník, což je významná výhoda pro týmy zásobování a logistiky.
  • Konformní chladicí kanály: U skříní s intenzivním lokálním zahříváním lze navrhnout složité chladicí kanály, které kopírují obrysy nejžhavějších oblastí součásti. Tyto vnitřní kanály, které není možné vytvořit vrtáním nebo odléváním, umožňují účinnější tepelný management, potenciálně zvyšují životnost komponent a umožňují provoz při vyšších teplotách nebo výkonech.

Optimalizace topologie a odlehčení:

Hmotnost je rozhodujícím faktorem v letectví a výkonných automobilových aplikacích. DfAM umožňuje výrazné odlehčení díky optimalizaci topologie:

  1. Definujte prostor návrhu: Maximální přípustný objem skříně je definován v systému CAD.
  2. Použít zatížení & Omezení: Provozní tlaky, teploty, montážní síly a vlastnosti materiálů (například IN718 nebo Haynes 282) se zadávají do softwaru pro analýzu konečných prvků (MKP).
  3. Optimalizační algoritmus: Software iterativně odstraňuje materiál z oblastí s nízkým namáháním a ponechává optimalizovanou nosnou konstrukci.
  4. Výsledek: Výsledkem jsou často organické struktury podobné kostem, které jsou výrazně lehčí (potenciál snížení hmotnosti o 20-50 %) než konvenčně navržené protějšky při zachování nebo dokonce zlepšení tuhosti a strukturální integrity. AM je jedinečně schopna vyrábět tyto složité, optimalizované geometrie.

Podpůrné struktury: Nezbytná úvaha:

Procesy tavení v práškovém loži vyžadují podpůrné konstrukce pro prvky, které přesahují určitý úhel (obvykle 40-45 stupňů od vodorovné roviny), a pro ukotvení dílu na konstrukční desce, aby se zvládlo tepelné namáhání.

  • Účel: Zabraňují zborcení dílů během tisku, odvádějí teplo z převisů, odolávají deformacím.
  • Typy: K běžným typům patří standardní kvádrové/příhradové podpěry, tenké stromové podpěry (snadnější odstraňování, méně materiálu) a kuželové podpěry (často se používají pro specifické prvky otvorů).
  • Strategie DfAM:
    • Minimalizujte podporu: Orientujte díl na konstrukční desce kreativně tak, aby byly strmé převisy samonosné (pokud možno navrhujte s úhly >45°). Na plochách směřujících dolů používejte místo ostrých vodorovných hran zkosení.
    • Návrh na odstranění: Zajistěte, aby byly podpěry přístupné pro ruční demontáž nebo demontáž pomocí nástrojů. Vyhněte se umístění podpěr ve složitých vnitřních kanálech, kde je odstranění nemožné nebo vyžaduje pokročilé techniky, jako je chemické leptání nebo abrazivní proudové obrábění. Navrhněte místa odlomení pro snadnější oddělení.
    • Dopad: Podpěry spotřebovávají další materiál, prodlužují dobu tisku, vyžadují dodatečné zpracování při odstraňování a mohou ovlivnit povrchovou úpravu oblastí, kterých se dotýkají (down-skins). Pečlivé plánování DfAM tyto dopady minimalizuje.

Tloušťka stěny, velikost prvků a rozlišení:

Procesy AM mají omezení minimální velikosti prvku a tloušťky stěny.

  • Minimální tloušťka stěny: Obvykle kolem 0,4-1,0 mm v závislosti na materiálu, stroji a nepodporované délce. Příliš tenké stěny mohou vést k deformaci nebo neúplnému vytvoření.
  • Drobné funkce: Otvory, kolíky a kanály mají minimální průměr (často kolem 0,5-1,0 mm). Prvky s vysokým poměrem stran (velmi vysoké a tenké) mohou být náročné.
  • Usnesení: Velikost bodu laserového nebo elektronového paprsku a tloušťka vrstvy určují nejjemnější dosažitelné detaily. To je třeba vzít v úvahu při navrhování jemných textur, malých nápisů nebo ostrých hran.

Tepelný management v designu:

Intenzivní lokalizovaný ohřev a rychlé ochlazování, které jsou pro AM typické, mohou vytvářet značná zbytková napětí.

  • Strategie návrhu: Pokud je to možné, vyhněte se velkým pevným blokům materiálu. Snažte se o rovnoměrnější průřezy. Zařaďte plynulé přechody mezi tlustými a tenkými řezy. Velkorysé profily a poloměry mohou pomoci rozložit napětí. Simulace metodou konečných prvků může předpovědět oblasti s vysokým namáháním, což může vést k úpravám konstrukce nebo poskytnout informace o optimální orientaci dílu a strategiích podpory.

Orientace na část:

Způsob orientace dílu na konstrukční desce má významný vliv na:

  • Potřeby podpory: Ovlivňuje objem a umístění požadovaných podpěr.
  • Kvalita povrchu: Svislé stěny mají obecně lepší povrchovou úpravu než povrchy s horním nebo dolním pláštěm. Schodišťový efekt je výraznější na mírně skloněných plochách.
  • Doba výstavby: Vyšší postavy obvykle potřebují více času.
  • Mechanické vlastnosti: Díly AM mohou vykazovat určitou anizotropii (vlastnosti měnící se ve směru vzhledem k vrstvám konstrukce). Orientaci lze zvolit tak, aby vrstvy byly příznivě orientovány vůči primárním směrům zatížení.

Spolupráce je klíčová:

Optimalizace návrhu skříně turbíny pro AM je často iterační proces, který je nejlépe provádět ve spolupráci. Včasná spolupráce se zkušeným poskytovatelem služeb AM, jako je Met3dp, umožňuje konstruktérům využít specifické znalosti poskytovatele o možnostech stroje, chování materiálu (včetně materiálů IN718 a Haynes 282), optimálních strategiích orientace a technikách generování podpory. Společnost Met3dp nabízí komplexní řešení, včetně služeb vývoje aplikací, která klientům pomáhají maximalizovat výhody AM. Tento přístup založený na spolupráci zajišťuje proveditelnost, optimalizuje výkon a potenciálně snižuje náklady a dodací lhůty pro klienty B2B, kteří hledají pokročilá výrobní řešení.

Tolerance, povrchová úprava a rozměrová přesnost

Přestože aditivní výroba kovů přináší neuvěřitelnou svobodu při navrhování, musí mít konstruktéři a manažeři nákupu realistická očekávání ohledně dosažitelné přesnosti, kvality povrchu a rozměrové přesnosti přímo z tiskárny. Pochopení těchto faktorů je klíčové pro stanovení nezbytných kroků následného zpracování a zajištění toho, aby finální skříň turbíny splňovala funkční požadavky, zejména u kritických rozhraní, jako jsou těsnicí plochy a spoje turbínových kol.

Dosažitelné tolerance:

Procesy AM, jako je selektivní tavení elektronovým svazkem (SEBM) a laserová fúze v práškovém loži (LPBF), nabízejí dobrou rozměrovou přesnost, ale obvykle se ještě nevyrovnají přesnosti víceosého CNC obrábění pro všechny prvky.

  • Obecné tolerance: Typické pravidlo pro kovové díly AM je často v rozmezí ±0,1 mm až ±0,3 mm nebo ±0,1 % až ±0,2 % jmenovitého rozměru, podle toho, která hodnota je větší. Konkrétní možnosti se výrazně liší v závislosti na stroji, materiálu, velikosti dílu, geometrii a kalibraci. SEBM, který často pracuje při vyšších teplotách, může vykazovat mírně odlišné tepelné chování a výsledné tolerance ve srovnání s LPBF.
  • Faktory ovlivňující přesnost:
    • Kalibrace stroje: Pravidelná kalibrace zajišťuje přesné umístění paprsku a dodávku energie.
    • Vlastnosti materiálu: Konečné rozměry ovlivňuje tepelná roztažnost, smršťování při chlazení a vlastnosti prášku.
    • Tepelné namáhání: Nerovnoměrné zahřívání a chlazení může způsobit deformace a zkroucení, pokud se neřídí konstrukcí, orientací, podpěrami a procesními parametry.
    • Geometrie dílu & Velikost: Větší díly a složité geometrie jsou obecně náchylnější k odchylkám.
    • Následné zpracování: Tepelné zpracování s uvolněním napětí může způsobit mírné rozměrové změny (smrštění nebo růst), které je třeba zohlednit.

Srovnávací tabulka: Typické tolerance (ilustrativní)

Výrobní metodaTypický rozsah obecných tolerancí (ve stavu po zpracování)Poznámky
Odlévání do písku±0,8 mm až ± několik mmVelmi závisí na velikosti, složitosti a kvalitě vzoru.
Investiční odlévání±0,15 mm až ±0,8 mmLepší než odlévání do písku, ale stále vyžaduje obrábění pro těsné rysy.
Kov AM (LPBF/SEBM)±0,1 mm až ±0,3 mmU menších prvků je nejlépe dosažitelný na dobře řízených strojích.
CNC obrábění±0,01 mm až ±0,05 mmStandardní přesnost; se specializovanými technikami je možné dosáhnout vyšší přesnosti.

Export do archů

Povrchová úprava (drsnost):

Povrchová úprava kovových dílů AM je přirozeně drsnější než u obráběných povrchů, a to v důsledku slučování částic prášku po vrstvách.

  • Typické hodnoty Ra: Drsnost povrchu (Ra) se obvykle pohybuje v rozmezí od 6 µm do 20 µm (240 µin až 800 µin) a je silně závislá na:
    • Orientace: Svislé stěny mají obecně nejlepší povrchovou úpravu. Horní plochy (horní plášť) jsou často hladší než plochy směřující dolů (dolní plášť), které vyžadovaly podpůrné konstrukce. Šikmé povrchy vykazují “schodovitý” efekt.
    • Parametry procesu: Tloušťka vrstvy, výkon paprsku a rychlost skenování ovlivňují dynamiku a povrchovou úpravu taveniny.
    • Vlastnosti prášku: Rozložení velikosti částic ovlivňuje dosažitelnou drsnost. Zaměření společnosti Met3dp’na vysoce kvalitní, sférické prášky přispívá k lepším výsledkům povrchu.
    • Materiál: Různé slitiny mohou mít mírně odlišné povrchové vlastnosti.
  • Důsledky pro skříně turbín: Povrchy ve stavu, v jakém jsou, mohou být přijatelné pro vnější nekritické oblasti. Průtokové cesty však často využívají hladší povrchy, aby se snížily ztráty třením, a těsnicí plochy obvykle vyžadují mnohem jemnější povrchovou úpravu, které se dosáhne následným zpracováním (obráběním, leštěním).

Zlepšení povrchové úpravy:

Různé techniky následného zpracování mohou výrazně zlepšit kvalitu povrchu dílů AM:

  • CNC obrábění: Nejběžnější metoda pro dosažení těsných tolerancí a hladkých povrchů na kritických rozhraních.
  • Leštění / lapování: Ruční nebo automatizované procesy pro dosažení velmi hladkých, zrcadlově lesklých povrchů, kde je to vyžadováno (např. některé aerodynamické povrchy).
  • Obrábění abrazivním tokem (AFM): Čerpání abrazivního média vnitřními kanály k vyhlazení složitých vnitřních chodeb, které jsou běžným nástrojům nepřístupné.
  • Zpevňování povrchu / tryskání: Může zajistit rovnoměrný matný povrch a vyvolat tlakové namáhání pro zvýšení únavové životnosti, ale obvykle nedosahuje příliš nízkých hodnot Ra.

Rozměrová kontrola a kontrola kvality:

Ověřování rozměrové přesnosti a integrity složitých skříní turbín AM vyžaduje pokročilou metrologii.

  • Souřadnicové měřicí stroje (CMM): Poskytují vysoce přesná bodová měření pro ověření kritických rozměrů a výzev GD&T.
  • 3D laserové skenování / skenování strukturovaným světlem: Snímání hustého mračna bodů celého povrchu dílu, které umožňuje porovnání s původním modelem CAD pro analýzu odchylek. Ideální pro složité povrchy volných tvarů, které jsou běžné u optimalizovaných skříní.
  • Průmyslové počítačové tomografie (CT): Poskytuje neocenitelný pohled na vnitřní geometrii a nedestruktivně detekuje vnitřní vady (dutiny, vměstky), což je zásadní pro ověření vnitřních kanálů a celkové integrity dílu.
  • GD&T: Geometrické dimenzování a tolerování je nezbytné pro jasné definování kritických funkčních požadavků nad rámec jednoduchých lineárních tolerancí.

Met3dp’s Commitment to Precision:

Společnost Met3dp si uvědomuje, že u kritických dílů, jako jsou skříně turbín, záleží na přesnosti. Naše stránky 3D tisková zařízení jsou navržena pro špičkovou přesnost a spolehlivost v oboru. Používáme přísné kalibrační postupy a kontroly procesů. Kromě toho naše odborné znalosti zahrnují poradenství klientům ohledně dosažitelných tolerancí a integraci nezbytných kroků následného zpracování a kontroly kvality, aby bylo zajištěno, že konečné komponenty splňují přísné požadavky průmyslových odvětví, jako je letecký průmysl (AS9100) a automobilový průmysl (IATF 16949). Spolupráce se společností Met3dp poskytuje klientům B2B jistotu, že jejich vysokoteplotní turbínové skříně budou vyrobeny podle přísných norem.

231

Za hranice tisku: Základní následné zpracování pro kryty turbín

Výroba geometricky přesného krytu turbíny na kovové 3D tiskárně je významným úspěchem, ale málokdy je to poslední krok. U vysokoteplotních superslitinových součástí, jako jsou ty vyrobené z IN718 nebo Haynes 282, je obvykle zapotřebí řada zásadních kroků následného zpracování, aby se uvolnila vnitřní pnutí, dosáhlo se požadovaných vlastností materiálu, splnily se požadavky na tolerance a povrchovou úpravu a zajistila se celková integrita dílu. Manažeři a inženýři zabývající se zadáváním zakázek musí tyto kroky zohlednit v časovém plánu projektu a rozpočtu.

Kritické kroky následného zpracování:

  1. Tepelné ošetření proti stresu:
    • Proč: Při rychlých cyklech ohřevu a chlazení během AM vznikají v dílu značná zbytková napětí. Tato napětí mohou způsobit deformace (zejména po vyjmutí z konstrukční desky), praskání a negativně ovlivnit mechanické vlastnosti.
    • Proces: Díly se zahřívají v peci s řízenou atmosférou (vakuum nebo inertní plyn) na určitou teplotu nižší než teplota stárnutí nebo roztoku, po určitou dobu se udržují a poté se pomalu ochlazují. To umožňuje uvolnění vnitřních pnutí, aniž by se výrazně změnila základní mikrostruktura. Tento postup se často provádí před vyjmutí dílu z konstrukční desky, aby se minimalizovalo zkreslení.
    • Důležitost: Naprosto nezbytné pro rozměrovou stabilitu a prevenci předčasného selhání.
  2. Odstranění podpůrné konstrukce:
    • Proč: Podpěry jsou nezbytné během stavby, ale po jejím dokončení je nutné je odstranit.
    • Metody: V závislosti na konstrukci a umístění podpěry:
      • Ruční odstranění: Rozbití nebo odříznutí snadno přístupných podpěr (běžné u vnějších podpěr).
      • Obrábění: Frézování nebo broušení podpěrných konstrukcí, často používané pro podpěrná rozhraní.
      • Drátové elektroerozivní obrábění: V některých místech lze přesně odříznout podpěry.
      • Obrábění abrazivním tokem (AFM) / chemické leptání: Může být vyžadováno u složitých, nepřístupných vnitřních podpěr, což zvyšuje náklady a složitost.
    • Výzvy: Může být pracné a časově náročné, zejména v případě složitých vnitřních geometrií. Nebezpečí poškození povrchu dílu, pokud se neprovádí pečlivě. DfAM hraje klíčovou roli při navrhování pro snadnější odstranění podpěr.
  3. Rozpouštění a stárnutí tepelného zpracování (srážecí kalení):
    • Proč: Vývoj optimální mikrostruktury a mechanických vlastností (pevnost, tvrdost, odolnost proti tečení) u srážením kalitelných superslitin, jako jsou IN718 a Haynes 282. Mikrostruktura ve stavu, v jakém je vyrobena, obvykle není optimální.
    • Proces (příklad pro IN718):
      • Žíhání roztoků: Zahřátí na vysokou teplotu (~950-1050∘C) za účelem rozpuštění rozpustných fází a homogenizace struktury s následným rychlým ochlazením.
      • Stárnutí (srážkové vytvrzování): Dvoustupňovým procesem stárnutí (např. ~ 720∘C a následně ~ 620∘C) se vysráží zpevňující fáze γ′ a γ′′. Haynes 282 vyžaduje jiné, často složitější vícestupňové cykly.
    • Důležitost: Rozhodující pro dosažení pevnosti při vysokých teplotách a odolnosti proti tečení, které jsou nezbytné pro provoz turbín. Konkrétní cykly závisí na slitině a požadovaných vlastnostech (např. specifikace AMS).
  4. Izostatické lisování za tepla (HIP):
    • Proč: Odstranění vnitřní mikroporozity (plynová pórovitost, dutiny po tavení), která může někdy zůstat po AM i při optimalizovaných parametrech. Pórovitost zhoršuje mechanické vlastnosti, zejména únavovou životnost.
    • Proces: Díl je vystaven vysoké teplotě (pod bodem tání) a vysokému izostatickému tlaku (za použití inertního plynu, např. argonu) současně. Tím dojde ke zhroucení vnitřních dutin a vznikne plně hustá součást.
    • Důležitost: Často se používají pro kritické aplikace v letectví a zdravotnictví. Výrazně zlepšuje únavovou pevnost, lomovou houževnatost a stálost vlastností. Obvykle se provádí po uvolnění napětí, ale před konečným stárnutím.
  5. CNC obrábění:
    • Proč: Dosažení těsných tolerancí u kritických prvků, které nemohou být splněny procesem AM v podobě, v jaké byly vyrobeny, a vytvoření hladkých těsnicích povrchů.
    • Aplikace: Obrábění čel přírub, obrysů styčných kol turbíny, otvorů ložisek, spojů V-pásu, otvorů pro snímače.
    • Úvahy: Vyžaduje pečlivou konstrukci upínacích přípravků, aby bylo možné udržet složité tvary AM. Obrábění superslitin může být náročné vzhledem k jejich houževnatosti a tvrdosti.
  6. Povrchová úprava:
    • Proč: Zlepšení aerodynamických vlastností, snížení tření nebo příprava na nátěry.
    • Metody: Leštění (ruční nebo automatizované) pro průtočné cesty, kuličkování pro zlepšení únavové životnosti vnějších povrchů, specializované techniky jako AFM pro vnitřní průchody.
  7. Tepelně bariérové nátěry (TBC):
    • Proč: U aplikací, které čelí nejextrémnějším teplotám, se používají TBC (obvykle keramické povlaky, jako je yttrií stabilizovaný zirkon – YSZ), které izolují základní superslitinu a umožňují vyšší teploty plynu nebo prodlužují životnost komponent.
    • Proces: Obvykle se nanáší plazmovým nástřikem (Atmospheric Plasma Spray – APS nebo Vacuum Plasma Spray – VPS) po konečném obrábění. Vyžaduje specifickou přípravu povrchu.
  8. Nedestruktivní zkoušení (NDT):
    • Proč: Ověření vnitřní a vnější integrity hotového dílu bez jeho poškození.
    • Metody:
      • Vizuální kontrola (VT): Základní kontrola povrchu.
      • Kontrola kapalinovým penetrantem (LPI / FPI): Detekuje trhliny porušující povrch.
      • Radiografické vyšetření (RT) / počítačová tomografie (CT): Detekce vnitřních dutin, inkluzí a trhlin. CT skenování je obzvláště výkonné u složitých dílů AM.
      • Ultrazvukové testování (UT): Dokáže odhalit vnitřní vady, ale může být náročné u složitých geometrií.
    • Důležitost: Zásadní krok pro zajištění kvality, zejména pro letecký průmysl a další kritické aplikace.

Výrobní řešení na klíč:

Řízení tohoto složitého řetězce kroků následného zpracování vyžaduje značnou logistickou koordinaci a technické znalosti. Mnoho B2B zákazníků dává přednost spolupráci s poskytovatelem AM služeb, který může nabídnout řešení na klíč, který řídí celý proces od počátečního tisku přes veškeré nezbytné následné zpracování až po závěrečnou kontrolu. Společnost Met3dp může s využitím svých odborných znalostí a sítě kvalifikovaných partnerů usnadnit tato komplexní výrobní řešení, zjednodušit proces zadávání zakázek a zajistit bezproblémovou výrobu vysoce kvalitních hotových skříní turbín připravených k montáži.

232

Zvládání výzev: Zajištění úspěchu v projektech vysokoteplotního AM

Ačkoli aditivní výroba kovů nabízí transformační potenciál pro vysokoteplotní skříně turbín s použitím superslitin, jako jsou IN718 a Haynes 282, není tento proces bez problémů. Pochopení těchto potenciálních překážek a zavedení účinných strategií jejich zmírnění je zásadní pro zajištění úspěšných výsledků, dosažení požadované kvality dílů a řízení rizik projektu. Spolupráce se zkušeným partnerem je klíčem k orientaci v tomto složitém prostředí.

Společné výzvy a strategie pro jejich zmírnění:

  • Deformace a zkreslení:
    • Příčina: Výrazné tepelné gradienty mezi roztavenou lázní a okolním materiálem vedou k rozpínání a smršťování, čímž vznikají zbytková napětí, která mohou deformovat díl, zejména po vyjmutí z konstrukční desky.
    • Zmírnění:
      • Optimalizovaná orientace dílu: Orientace dílu tak, aby se minimalizovaly velké rovné plochy rovnoběžné s konstrukční deskou a omezily se přesahy.
      • Robustní strategie podpory: Dobře navržené podpěry pevně ukotvují díl a pomáhají odvádět teplo.
      • Řízení procesních parametrů: Jemné doladění výkonu laseru/paprsku, rychlosti skenování a strategie skenování (např. ostrovní skenování) pro řízení tepelného příkonu.
      • Tepelná simulace: Používání softwaru FEA k předvídání akumulace napětí a deformace, které slouží jako podklad pro úpravu konstrukce nebo procesu.
      • Vytápění stavebních desek: SEBM ze své podstaty využívá vyšší teploty v konstrukční komoře, čímž se ve srovnání s některými systémy LPBF snižují tepelné gradienty a napětí.
      • Okamžitá úleva od stresu: Tepelné zpracování na uvolnění napětí před vyjmutím dílu z konstrukční desky.
  • Obtíže při odstraňování podpory:
    • Příčina: Podpěry, zejména husté nebo umístěné ve složitých vnitřních kanálech (jako jsou chladicí kanály nebo vnitřek spirály), lze běžnými metodami odstranit jen velmi obtížně nebo vůbec.
    • Zmírnění:
      • DfAM Focus: Navrhování dílů tak, aby byly pokud možno samonosné, používání optimalizovaných typů podpěr (např. stromových podpěr s menšími kontaktními body), zajištění přístupových cest pro nástroje.
      • Specializované techniky odstraňování: Použití metod, jako je abrazivní proudové obrábění (AFM), elektrochemické obrábění (ECM) nebo chemické leptání vnitřních podpěr (zvyšuje náklady/komplikovanost).
      • Pečlivé plánování: Výběr orientačních a podpůrných strategií speciálně pro usnadnění stěhování.
  • Řízení zbytkového stresu:
    • Příčina: Jak již bylo zmíněno, hlavní příčinou jsou tepelné gradienty. Vysoké zbytkové napětí může vést k praskání, deformaci a snížení únavové životnosti.
    • Zmírnění: Kromě strategií pro řízení deformace (orientace, podpěry, parametry, ohřev desek), tepelné zpracování po tisku (uvolnění napětí, HIP, žíhání) je nejdůležitějším krokem pro výrazné snížení zbytkového napětí na přijatelnou úroveň.
  • Kontrola pórovitosti:
    • Příčina: Může být způsobeno několika faktory:
      • Nedostatek fúze: Při nedostatečném příkonu energie vznikají mezery mezi vrstvami nebo skenovacími stopami.
      • Pórovitost klíčové dírky: Nadměrná hustota energie odpařuje materiál a vytváří plynové bubliny zachycené při tuhnutí.
      • Kvalita prášku: Vtažení plynu do částic prášku nebo špatná hustota balení prášku.
      • Procesní prostředí: Nedostatečné pokrytí stínicím plynem.
    • Zmírnění:
      • Optimalizace parametrů: Nastavení výkonu laseru/ paprsku, rychlosti, zaostření a tloušťky vrstvy pro konkrétní materiál.
      • Vysoce kvalitní prášek: Použití prášku s vysokou sféricitou, dobrou tekutostí, kontrolovaným PSD a nízkým obsahem plynu, jako jsou prášky vyráběné pokročilými atomizačními procesy společnosti Met3dp&#8217. Zavedení přísných protokolů pro manipulaci s práškem a jeho recyklaci.
      • Monitorování procesů: Zajištění správného stínění inertním plynem a podmínek v komoře.
      • Izostatické lisování za tepla (HIP): Vysoce účinný při uzavírání vnitřních pórů po tisku.
  • Krakování (tuhnutí, kapalnění):
    • Příčina: Některé slitiny, zejména složité superslitiny, mohou být náchylné k praskání během tuhnutí nebo v tepelně ovlivněné zóně v důsledku tepelných napětí působících na zranitelné mikrostruktury (např. fáze na hranici zrn s nízkým bodem tání).
    • Zmírnění:
      • Výběr slitiny: Výběr slitin známých lepší zpracovatelností při AM (IN718 a Haynes 282 jsou v tomto ohledu obecně považovány za relativně dobré ve srovnání s některými jinými superslitinami).
      • Optimalizace parametrů: Řízení příkonu tepla a rychlosti chlazení pomocí strategie a parametrů skenování.
      • Tepelné zpracování: Vhodná antistresová a homogenizační ošetření.
      • Design: Vyhnout se prvkům, které působí jako výrazné koncentrátory napětí.
  • Anizotropie:
    • Příčina: Směrová povaha procesu vytváření po vrstvách a podlouhlý růst zrn může vést k rozdílům v mechanických vlastnostech (např. pevnost, tažnost) v závislosti na směru zkoušení vzhledem ke směru vytváření (X, Y vs. Z).
    • Zmírnění:
      • Charakteristika: Pochopení stupně anizotropie způsobené určitou kombinací materiálu a procesu prostřednictvím testování.
      • Orientační strategie: Orientace součásti tak, aby nejkritičtější dráhy zatížení byly v souladu se směrem nadřazených vlastností (často v rovině X-Y).
      • Tepelné zpracování: Některé tepelné úpravy (např. HIP a žíhání v roztoku) mohou pomoci homogenizovat mikrostrukturu a do určité míry snížit anizotropii.
  • Manipulace s práškem a jeho správa:
    • Příčina: Mnoho kovových prášků (zejména reaktivních, jako jsou slitiny titanu nebo hliníku, méně však niklové superslitiny) vyžaduje opatrné zacházení, aby se zabránilo kontaminaci (zachycení kyslíku) a zajistila bezpečnost obsluhy (riziko hořlavosti/výbušnosti). Udržení kvality prášku při recyklaci má zásadní význam.
    • Zmírnění: Zavedení spolehlivých postupů manipulace s práškem, používání systémů s řízenou atmosférou, pravidelné testování kvality prášku (chemie, PSD, tekutost) a udržování sledovatelnosti.

Partnerství pro úspěch:

Úspěšné zvládnutí těchto výzev vyžaduje hluboké odborné znalosti v oblasti materiálových věd, fyziky procesů, DfAM a následného zpracování. Pro klienty B2B, kteří se pouštějí do projektů vysokoteplotních turbín, je partnerství se znalým a zkušeným poskytovatelem AM služeb, jako je Met3dp, nejdůležitější. Met3dp’s desítky let společných zkušeností v oblasti aditivní výroby kovů, zahrnující tiskárny SEBM, pokročilé kovové prášky a vývoj aplikací, nám umožňuje předvídat potenciální problémy, implementovat osvědčené strategie pro jejich zmírnění a v konečném důsledku snížit riziko zavedení AM pro tyto náročné aplikace. Náš přístup založený na spolupráci zajišťuje klientům dosažení požadované kvality, výkonu a spolehlivosti jejich kritických komponent.

Výběr dodavatele: Výběr partnera pro aditivní výrobu kovů

Výběr správného výrobního partnera je vždy velmi důležitý, ale v případě vysoce hodnotných a výkonově kritických součástí, jako jsou vysokoteplotní turbínové skříně vyrobené z pokročilých superslitin, je volba klíčová. Poskytovatel služeb aditivní výroby je víc než pouhý dodavatel; je to klíčový spolupracovník ovlivňující úspěch vašeho projektu, od optimalizace návrhu až po kvalitu a dodání finálního dílu. Pro manažery nákupu a inženýry v náročných průmyslových odvětvích, jako je letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl a energetika, je přísný proces hodnocení dodavatelů nezbytný.

Klíčová hodnotící kritéria pro partnera AM:

Při zadávání služeb AM pro skříně turbín zohledněte následující kritéria:

  • Technické znalosti a zkušenosti:
    • Specifičnost materiálu: Má dodavatel prokazatelné zkušenosti s potiskem slitin IN718, Haynes 282 nebo jiných příslušných niklových superslitin? Požádejte o případové studie nebo příklady týkající se vysokoteplotních aplikací nebo turbosoustrojí.
    • Znalost procesů: Hluboká znalost zvoleného procesu AM (např. SEBM, LPBF), včetně vývoje parametrů, řízení teploty a kontroly mikrostruktury pro konkrétní slitinu.
    • Technická podpora: Dostupnost inženýrů se zkušenostmi v oblasti DfAM, kteří mohou poskytnout poradenství při optimalizaci návrhu pouzdra z hlediska tisknutelnosti, výkonu a nákladové efektivity. Mohou pomoci s optimalizací topologie nebo simulací metodou konečných prvků?
  • Schopnosti a údržba zařízení:
    • Přístup k technologiím: Provozují správný typ a velikost strojů AM pro váš díl? (např. tiskárny SEBM společnosti Met3dp nabízejí výhody při řízení zbytkového napětí pro určité aplikace).
    • Stav stroje: Jsou stroje dobře udržovány a pravidelně kalibrovány, aby byla zajištěna přesnost a opakovatelnost?
    • Kontrola prostředí: Pro superslitiny je zásadní správná kontrola prostředí (atmosféra, teplota).
  • Kvalita materiálu, manipulace a sledovatelnost:
    • Získávání prášku: Vyrábí prášek ve vlastní režii, nebo jej odebírá od renomovaných a kvalifikovaných dodavatelů? Jaká jsou zavedena opatření pro kontrolu kvality vstupujícího prášku? Pokročilé technologie Met3dp pro plynovou atomizaci a PREP zajišťují vysoce kvalitní sférické prášky optimalizované pro AM.
    • Správa prášku: Přísné protokoly pro manipulaci s práškem, skladování, prosévání, recyklaci a testování, které zabraňují kontaminaci a zajišťují konzistenci jednotlivých šarží.
    • Sledovatelnost: Možnost sledovat šarže prášku až k jejich zdroji a propojit je s konkrétními sestavami a díly.
  • Systém řízení kvality (QMS) a certifikace:
    • ISO 9001: Základní požadavek pro každého renomovaného výrobce.
    • Specifické odvětví:
      • AS9100: Zásadní pro letecké komponenty.
      • IATF 16949: Často se vyžaduje u výrobních dílů pro automobilový průmysl.
      • ISO 13485: Vyžaduje se pro zdravotnické prostředky (i když je to méně důležité pro typická pouzdra turbín).
    • Robustní QMS: Důkazy o důkladných procesních kontrolách, dokumentaci, kontrolních postupech a postupech neustálého zlepšování.
  • Možnosti následného zpracování (vlastní nebo spravované):
    • Řešení na klíč: Nabízí nebo řídí dodavatel celý potřebný pracovní postup, včetně uvolnění napětí, tepelného zpracování (rozpuštění, stárnutí), HIP, odstranění podpěr, CNC obrábění, povrchové úpravy, NDT a povlakování? Správa více dodavatelů zvyšuje složitost a riziko.
    • Kvalifikovaná síť: Pokud outsourcují následné zpracování, využívají kvalifikované a schválené dodavatele, zejména pro kritické procesy, jako je tepelné zpracování a NDT?
  • Řízení projektů a komunikace:
    • Jasná komunikace: Určená kontaktní místa, pravidelné aktualizace postupu, schopnost reagovat na dotazy.
    • Dokumentace: Schopnost poskytovat materiálové certifikáty, procesní protokoly, kontrolní zprávy a certifikáty shody podle potřeby.
  • Kapacita a škálovatelnost:
    • Doba dodání: Reálné posouzení kapacity a schopnosti dodržet dohodnuté dodací lhůty pro prototypy a případnou následnou výrobu.
    • Škálovatelnost: Mohou v případě potřeby podporovat přechod od výroby prototypů k malosériové nebo středně velkosériové výrobě?

Proces žádosti o cenovou nabídku (RFQ):

Chcete-li získat přesné nabídky, poskytněte potenciálním dodavatelům komplexní informace:

  • 3D model CAD (preferovaný formát STEP).
  • 2D výkresy definující kritické rozměry, GD&T, tolerance a požadavky na povrchovou úpravu.
  • Specifikovaný materiál (např. IN718, Haynes 282) a všechny příslušné specifikace materiálu (např. normy AMS).
  • Požadované množství a požadované datum dodání.
  • Podrobné požadavky na následné zpracování (cykly tepelného zpracování, HIP, specifické operace obrábění, metody NDT, specifikace povlaků).
  • Požadavky na dokumentaci kvality (materiálové certifikáty, CoC, kontrolní zprávy).

Met3dp: Váš strategický partner v aditivní výrobě:

Společnost Met3dp vyniká jako strategický partner pro náročné projekty AM. Jako společnost poskytující komplexní řešení aditivní výroby, nabízíme:

  • Pokročilé vybavení: Špičkové tiskárny SEBM známé svou přesností a spolehlivostí.
  • Vysoce kvalitní prášky: Vlastní výroba optimalizovaných kovových prášků, včetně superslitin.
  • Hluboké odborné znalosti: Desítky let společných zkušeností v oblasti AM kovů, vědy o materiálech a vývoje aplikací.
  • Zaměření na kvalitu: Závazek k přísné kontrole procesů a zajištění kvality.
  • Přístup založený na spolupráci: Spolupracujeme s organizacemi při efektivní implementaci 3D tisku a urychlujeme jejich transformaci výroby.

Volba společnosti Met3dp znamená výběr partnera, který investuje do vašeho úspěchu a je schopen dodávat vysoce kvalitní a výkonné skříně turbín vyrobené podle přísných norem.

233

Pochopení nákladů a časového harmonogramu: Faktory ovlivňující umístění turbíny AM

Ačkoli aditivní výroba eliminuje tradiční náklady na nástroje, pochopení struktury nákladů a doby realizace 3D tištěných skříní turbín je nezbytné pro plánování projektu, sestavování rozpočtu a informované porovnání s konvenčními metodami. Náklady i čas jsou ovlivněny složitou souhrou faktorů konstrukce, materiálu, stroje a následného zpracování.

Rozdělení struktury nákladů AM:

Celkové náklady na skříň turbíny AM se obvykle skládají z několika prvků:

  1. Náklady na materiál:
    • Cena prášku: Superslitiny na bázi niklu, jako jsou IN718 a Haynes 282, jsou ze své podstaty drahé materiály kvůli svým legujícím prvkům a složité výrobě. Haynes 282 je obecně dražší než IN718.
    • Spotřeba prášku: Zahrnuje hmotnost konečného dílu a materiál použitý na podpůrné konstrukce. Efektivní podpůrné strategie minimalizují množství odpadu.
    • Recyklace prášku: Účinné procesy recyklace a omlazování prášku používané poskytovatelem služeb mohou pomoci snížit náklady na materiál v průběhu času, ale kontrola kvality je nejdůležitější.
  2. Náklady na strojový čas:
    • Doba výstavby: Řídí se především výškou sestavy (počtem vrstev) a objemem taveného materiálu na jednu vrstvu. Složité geometrie nemusí nutně výrazně prodlužovat dobu tavení, pokud drasticky nezvyšují výšku nebo nevyžadují rozsáhlé podpůrné struktury.
    • Rychlost stroje: Hodinová sazba založená na investičních nákladech, údržbě, provozu (energie, plyn) a odpisech stroje. Špičkové systémy AM pro zpracování kovů představují významnou investici.
    • Využití stavební desky: Tisk více dílů v jednom sestavení (nesting) rozkládá dobu nastavení/ochlazení stroje a maximalizuje efektivitu, čímž snižuje náklady na stroj na jeden díl.
  3. Náklady na práci:
    • Předběžné zpracování: Příprava sestavení, nastavení souborů, načítání stroje.
    • Následné zpracování: Odstranění dílu z konstrukční desky, odstranění prášku (zbavení prášku), rozsáhlé odstranění podpůrné konstrukce (může být velmi pracné), kontrola a řízení následných kroků.
  4. Náklady na následné zpracování:
    • Tepelné zpracování: Čas pece, náklady na řízenou atmosféru. Cykly uvolňování napětí, rozpuštění a stárnutí mohou trvat mnoho hodin nebo dokonce dnů.
    • Izostatické lisování za tepla (HIP): Specializovaný proces se značnými náklady na cyklus.
    • CNC obrábění: Programování a doba obrábění na potenciálně víceosých strojích, náklady na přípravky. Obrábění superslitin je pomalejší a způsobuje větší opotřebení nástrojů než u běžných ocelí.
    • Povrchová úprava & Povrchová úprava: Náklady na leštění, AFM, aplikaci TBC atd.
    • NDT: Náklady spojené s kontrolním zařízením a kvalifikovaným personálem (např. doba CT skenování, spotřební materiál FPI, čas inspektora).
    • Poznámka: Náklady na následné zpracování mohou často tvořit 50 % nebo více z celkových nákladů na hotovou součást AM s vysokou specifikací.
  5. Zajištění kvality a inženýrství:
    • Náklady spojené s rozměrovou kontrolou, dokumentací, certifikací a veškerou předem poskytnutou podporou DfAM.

Klíčové faktory ovlivňující náklady & amp; Doba realizace:

FaktorDopad na nákladyDopad na dobu realizacePoznámky
Velikost dílu / objemVysoká (materiál, strojový čas)Vysoká (doba tisku)Větší díly spotřebují více zdrojů a jejich tisk trvá déle.
Výška částiStředně vysoká (hlavní hnací síla strojového času)Vysoká (primární faktor doby tisku)Vyšší díly vyžadují více vrstev, což přímo prodlužuje dobu tisku.
Složitost částiMírná (odstranění podpory, případné obrábění)Středně těžké (odstranění podpory, nastavení následného zpracování)AM dobře zvládá geometrickou složitost během tisku, dopad je hlavně po tisku.
Výběr materiáluVysoká (cena prášku IN718 vs. H282)Minimální přímý dopad na dobu tiskuOvlivňuje potřeby následného zpracování (cykly tepelného zpracování se mohou lišit).
Hustota zástavbyNízká (lepší využití stroje snižuje náklady na díl)Nízká (více dílů na sestavení snižuje dopad na čas fronty)Efektivní hnízdění je klíčem k nákladové efektivitě v objemu.
Objem podporyMírná (spotřeba materiálu, práce při stěhování)Mírná (doba odstranění)Cílem DfAM je minimalizovat podporu.
Specifikace toleranceVysoká (řídí rozsah potřeb přesného obrábění)Mírná (doba obrábění)Přísnější tolerance vyžadují rozsáhlejší dodatečné obrábění.
Požadovaná povrchová úpravaStředně vysoké (leštění, AFM, náklady na obrábění)Mírná (doba dokončovacího procesu)Hladké povrchy vyžadují speciální kroky následného zpracování.
Následné zpracováníVelmi vysoká (HIP, tepelné zpracování, obrábění, NDT)Velmi vysoká (Často dominuje celkové době přípravy)Pro výkonnost je to nezbytné, ale zvyšuje to náklady a časovou náročnost.
Požadavky na kvalituStředně vysoká (úroveň inspekce, dokumentace)Mírná (doba kontroly)Kontrola kvality na letecké úrovni je nákladnější než standardní průmyslová kontrola kvality.

Export do archů

Typické časové rozvrhy:

  • Prototypy: V závislosti na velikosti, složitosti a následném zpracování se doba dodání pohybuje obvykle od 1 do 4 týdnů.
  • Výroba seriálu: Velmi závisí na objemu, velikosti dílů, dostupnosti stroje a průběhu následného zpracování. Vyžaduje pečlivé plánování a rozvrhování s poskytovatelem AM.

Celkové náklady na vlastnictví (TCO):

Při porovnávání AM s tradičním odléváním/obráběním je zásadní vzít v úvahu TCO. Ačkoli náklady na jeden díl mohou být u AM vyšší, zejména při nižších objemech, AM může nabídnout významné úspory díky:

  • Eliminace nákladů na nástroje (často desítky až stovky tisíc dolarů).
  • Výrazně zkracuje dobu vývoje a umožňuje rychlejší iterace.
  • Umožnění zlepšení výkonu (např. odlehčení, lepší chlazení), které přináší následnou hodnotu.
  • Snížení nákladů na montáž díky konsolidaci dílů.
  • Umožňuje výrobu na vyžádání a snižuje náklady na zásoby.

U složitých komponentů s vysokou hodnotou, jako jsou vysokoteplotní skříně turbín, analýza TCO často ukazuje, že AM je vysoce konkurenceschopná a strategicky výhodná výrobní cesta, zejména pro B2B klienty zaměřené na inovace a pružnost dodavatelského řetězce.

Často kladené otázky (FAQ) o 3D tištěných krytech turbín

Zde jsou odpovědi na některé časté otázky inženýrů a manažerů nákupu týkající se použití aditivní výroby kovů pro skříně turbín:

1. Jaké jsou maximální praktické provozní teploty pro skříně turbín AM vyrobené z IN718 a Haynes 282?

  • IN718: Obecně se doporučuje pro dlouhodobý provoz při teplotě do přibližně 650∘C (1200∘F). Nad touto hodnotou jeho pevnost výrazně klesá v důsledku nestability jeho primární zpevňující fáze (γ′′). Při krátkodobých výkyvech snese i vyšší teploty.
  • Haynes 282: Je navržen pro vynikající výkon při vysokých teplotách a nabízí vynikající pevnost a stabilitu při tečení až do teploty přibližně 900∘C (1650∘F), takže je vhodný pro horké části moderních plynových turbín nebo vysoce výkonných turbodmychadel.

2. Jaké jsou mechanické vlastnosti (např. únavová životnost, pevnost při tečení) superslitinových dílů AM ve srovnání s tradičními litými nebo tepanými ekvivalenty?

  • Při správné optimalizaci procesních parametrů, použití vysoce kvalitního prášku (např. od společnosti Met3dp) a vhodného následného zpracování (zejména HIPping a tepelné zpracování), mechanické vlastnosti AM IN718 a Haynes 282 mohou být srovnatelné nebo dokonce lepší na odlévání ekvivalentů. HIPping je obzvláště účinný při uzavírání vnitřní pórovitosti, což vede k výraznému zvýšení únavové životnosti. Dosažení vlastností plně ekvivalentních kovanému materiálu může být někdy náročné, zejména pokud jde o tažnost ve směru Z (směr stavby), ale díly AM často splňují nebo překračují požadavky, které dříve splňovaly odlitky.

3. Je kovový 3D tisk pro skříně turbín vždy dražší než odlévání?

  • Ne nutně. To do značné míry závisí na:
    • Složitost: U velmi složitých geometrií, které je obtížné nebo nemožné odlévat/obrábět, může být AM nákladově efektivnější i při nižších objemech.
    • Objem: Odlévání má obvykle vysoké počáteční náklady na nástroje, ale nižší náklady na jeden díl při velmi vysokých objemech. AM nemá žádné náklady na nástroje, takže je konkurenceschopná pro prototypy, nízké až střední objemy a díly na míru.
    • Materiál: Obrábění velkého množství materiálu z bloku může být u superslitin neekonomické a časově náročné.
    • Celkové náklady na vlastnictví (TCO): Pokud vezmeme v úvahu rychlejší vývoj, zkrácení montáže, potenciální výhody odlehčení a snížení skladových zásob, představuje AM často silnou nabídku hodnoty.
  • Závěr: AM je často nákladově efektivní pro složité, nízko až středně objemové skříně turbín s vysokou hodnotou, zejména v případech, kdy jsou náklady na tradiční nástroje neúnosné nebo kdy je doba dodání kritická.

4. Jaké klíčové průmyslové certifikáty bych měl hledat u dodavatele AM pro kritické součásti turbín?

  • ISO 9001: Jedná se o základní certifikaci systému řízení kvality, která je použitelná pro všechna průmyslová odvětví.
  • AS9100: To má zásadní význam, pokud je turbínové těleso určeno pro letecké aplikace, protože zahrnuje specifické požadavky na sledovatelnost, kontrolu procesů a zajištění kvality, které vyžaduje letecký průmysl.
  • IATF 16949: Přestože v současné době nejsou certifikace specifické pro AM tak běžné, dodavatelé pro automobilový průmysl by měli v ideálním případě prokázat znalost nebo dodržování těchto norem kvality pro automobilový průmysl, zejména u výrobních dílů.

5. Lze spolehlivě kontrolovat složité vnitřní prvky, jako jsou chladicí kanály, uvnitř skříně turbíny AM?

  • Ano. Zatímco tradiční metody, jako je CMM, mají omezení pro vnitřní prvky, Průmyslová počítačová tomografie (CT) je výkonná nedestruktivní technika, která se k tomu dokonale hodí. CT skenování vytváří úplný 3D soubor objemových dat součásti, což umožňuje podrobnou kontrolu vnitřních kanálů, ověření tloušťky stěn a detekci vnitřních vad, jako je pórovitost nebo inkluze, a zajišťuje tak integritu složitých vnitřních geometrií.

Závěr: Budoucnost vysoce výkonných turbín je aditivní

Neustálá snaha o vyšší účinnost, vyšší výkon a snížení emisí v leteckém, automobilovém a energetickém průmyslu klade obrovské nároky na komponenty, jako jsou skříně turbín. Pouzdra, která jsou srdcem těchto systémů, musí odolávat extrémním teplotám a namáhání a zároveň umožňovat složité aerodynamické funkce. Jak jsme již prozkoumali, aditivní výroba kovů nabízí revoluční přístup k výrobě těchto kritických dílů, čímž překonává mnohá omezení tradičního odlévání a obrábění.

Díky využití technologií AM, jako jsou SEBM a LPBF, v kombinaci s pokročilými superslitinami na bázi niklu, jako jsou IN718 a Haynes 282, mohou nyní konstruktéři:

  • Navrhnout a vyrobit velmi složité geometrie pro vynikající výkon a efektivitu.
  • Dosáhnout významného odlehčení prostřednictvím optimalizace topologie.
  • Konsolidace více částí do jediné integrované součásti.
  • Drasticky zkrácení doby přípravy prototypů a vývoje.
  • Výroba dílů z vysoce výkonné, obtížně obrobitelné materiály.
  • Povolit výroba na vyžádání a strategie digitální inventury.

Úspěšná implementace AM pro vysokoteplotní skříně turbín vyžaduje pečlivé zvážení návrhu (DfAM), výběru materiálu, možností přesnosti, rozsáhlého následného zpracování a potenciálních výrobních problémů. Kriticky důležité je, že vyžaduje partnerství s dodavatelem, který má hluboké odborné znalosti, robustní systémy kvality a správné technologické schopnosti.

Společnost Met3dp stojí v čele tohoto vývoje výroby. Díky našim špičkovým tiskovým systémům SEBM, pokročilým schopnostem při výrobě vysoce kvalitních sférických kovových prášků a desítkám let společných zkušeností poskytujeme komplexní řešení přizpůsobené potřebám náročných průmyslových odvětví. Spolupracujeme s organizacemi při řešení složitých otázek spojených s technologií AM kovů, od počátečního konceptu a optimalizace designu až po hotové komponenty se zajištěnou kvalitou.

Budoucnost vysoce výkonných turbín je neoddělitelně spjata s pokrokem v aditivní výrobě. Využijte možnosti a uvolněte nové úrovně výkonu a inovací pro své turbíny.

Jste připraveni prozkoumat, jak může aditivní výroba kovů změnit výrobu skříní turbín?

Kontaktujte Met3dp ještě dnes prodiskutovat s našimi odborníky požadavky vašeho projektu a zjistit, jak mohou naše špičkové systémy a vysoce výkonné prášky podpořit cíle vaší organizace v oblasti aditivní výroby.

Sdílet na

Facebook
Cvrlikání
LinkedIn
WhatsApp
E-mailem

MET3DP Technology Co., LTD je předním poskytovatelem řešení aditivní výroby se sídlem v Qingdao v Číně. Naše společnost se specializuje na zařízení pro 3D tisk a vysoce výkonné kovové prášky pro průmyslové aplikace.

Dotaz k získání nejlepší ceny a přizpůsobeného řešení pro vaše podnikání!

Související články

Získejte Metal3DP
Produktová brožura

Získejte nejnovější produkty a ceník