سازمان‌های غیرانتفاعی، رسانه‌ها و عموم می‌توانند تصاویر را از وب‌سایت دفتر مطبوعاتی MIT تحت مجوز Creative Commons Attribution غیرتجاری و غیر مشتق شده دانلود کنند.شما نباید تصاویر ارائه شده را تغییر دهید، فقط آنها را به اندازه صحیح برش دهید.هنگام کپی کردن تصاویر باید از اعتبار استفاده شود.اعتبار "MIT" برای تصاویر مگر اینکه در زیر ذکر شده باشد.
یک عملیات حرارتی جدید توسعه یافته در MIT، ریزساختار فلزات پرینت سه بعدی را تغییر می‌دهد و این ماده را در برابر شرایط حرارتی شدید مقاوم‌تر و مقاوم‌تر می‌کند.این فناوری می تواند پرینت سه بعدی تیغه ها و پره های با کارایی بالا را برای توربین های گاز و موتورهای جت که برق تولید می کنند را فعال کند و طرح های جدید را قادر می سازد مصرف سوخت و کارایی انرژی را کاهش دهند.
پره های توربین گاز امروزی با استفاده از فرآیند ریخته گری سنتی ساخته می شوند که در آن فلز مذاب به شکل های پیچیده ریخته می شود و به صورت جهت جامد می شود.این قطعات از برخی از مقاوم‌ترین آلیاژهای فلزی روی کره زمین در برابر حرارت ساخته شده‌اند، زیرا برای چرخش با سرعت بالا در گازهای بسیار داغ، استخراج کار برای تولید برق در نیروگاه‌ها و تامین نیروی رانش برای موتورهای جت طراحی شده‌اند.
علاقه فزاینده ای به تولید پره های توربین با استفاده از چاپ سه بعدی وجود دارد که علاوه بر مزایای زیست محیطی و اقتصادی، به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا به سرعت پره هایی با هندسه های پیچیده تر و کم مصرف تر تولید کنند.اما تلاش ها برای چاپ سه بعدی پره های توربین هنوز نتوانسته بر یک مانع بزرگ غلبه کند: خزش.
در متالورژی، خزش به عنوان تمایل فلز به تغییر شکل برگشت ناپذیر تحت فشار مکانیکی ثابت و دمای بالا شناخته می شود.در حالی که محققان در حال بررسی امکان چاپ پره‌های توربین بودند، دریافتند که فرآیند چاپ دانه‌های ریز را در اندازه‌های مختلف از ده‌ها تا صدها میکرومتر تولید می‌کند - ریزساختاری که به ویژه مستعد خزش است.
زاخاری کوردرو، پروفسور هوافضای بوئینگ در MIT می‌گوید: «در عمل، این بدان معناست که توربین گازی عمر کوتاه‌تری خواهد داشت یا اقتصادی‌تر خواهد بود."اینها نتایج بد پرهزینه ای هستند."
کوردرو و همکارانش راهی برای بهبود ساختار آلیاژهای پرینت سه بعدی با افزودن یک مرحله عملیات حرارتی اضافی پیدا کرده اند که دانه های ریز مواد چاپ شده را به دانه های "ستونی" بزرگتر تبدیل می کند – یک ریزساختار قوی تر که پتانسیل خزش مواد را به حداقل می رساند.مواد به این دلیل که "ستون ها" با محور حداکثر تنش هم تراز هستند.به گفته محققان، رویکردی که امروز در تولید افزودنی مطرح شد، راه را برای چاپ سه بعدی صنعتی پره‌های توربین گاز هموار می‌کند.
کوردرو گفت: "در آینده نزدیک، ما انتظار داریم که سازندگان توربین گازی پره های خود را در کارخانه های تولید مواد افزودنی در مقیاس بزرگ چاپ کنند و سپس آنها را با استفاده از عملیات حرارتی ما پردازش کنند."پرینت سه بعدی معماری‌های خنک‌کننده جدیدی را امکان‌پذیر می‌سازد که می‌توانند بازده حرارتی توربین‌ها را افزایش دهند و به آنها اجازه می‌دهد تا همان مقدار نیرو تولید کنند در حالی که سوخت کمتری می‌سوزانند و در نهایت دی اکسید کربن کمتری منتشر می‌کنند.
مطالعه کوردرو توسط نویسندگان اصلی دومینیک پیچی، کریستوفر کارتر و آندرس گارسیا-جیمنز از موسسه فناوری ماساچوست، آنوگراهاپرادا موکوندان و ماری-آگاتا شارپان از دانشگاه ایلینوی در اوربانا-شامپین، و دونوان لئونارد از اوک انجام شد. آزمایشگاه ملی ریج
روش جدید این تیم نوعی تبلور مجدد جهت دار است، یک عملیات حرارتی که مواد را در یک منطقه داغ با سرعت دقیق کنترل شده حرکت می دهد، و بسیاری از دانه های میکروسکوپی مواد را به کریستال های بزرگتر، قوی تر و یکنواخت تر تبدیل می کند.
تبلور مجدد جهت دار بیش از 80 سال پیش اختراع شد و برای مواد تغییر شکل پذیر اعمال شد.در مطالعه جدید خود، یک تیم MIT، تبلور مجدد مستقیم را برای سوپرآلیاژهای چاپ سه بعدی اعمال کرده است.
این تیم این روش را بر روی سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل چاپ سه بعدی، فلزاتی که معمولا ریخته‌گری می‌شوند و در توربین‌های گاز استفاده می‌شوند، آزمایش کردند.در یک سری آزمایش، محققان نمونه های پرینت سه بعدی سوپر آلیاژهای میله مانند را در یک حمام آب با دمای اتاق درست زیر یک سیم پیچ القایی قرار دادند.آنها به آرامی هر میله را از آب بیرون می کشیدند و با سرعت های مختلف از سیم پیچ عبور می دادند و به طور قابل توجهی میله ها را تا دمای 1200 تا 1245 درجه سانتیگراد گرم می کردند.
آنها دریافتند که کشیدن میله با سرعت معین (2.5 میلی متر در ساعت) و در دمای معین (1235 درجه سانتیگراد) باعث ایجاد یک گرادیان دمایی شدید می شود که باعث ایجاد تغییر در ریزساختار ریزدانه رسانه چاپی می شود.
کوردرو توضیح داد: "این ماده به صورت ذرات کوچک با نقص هایی به نام جابجایی مانند اسپاگتی شکسته شروع می شود."هنگامی که مواد را گرم می کنید، این عیوب ناپدید می شوند و بازسازی می شوند و دانه ها می توانند رشد کنند.دانه ها با جذب مواد معیوب و دانه های کوچکتر - فرآیندی به نام تبلور مجدد.
پس از خنک کردن میله‌های عملیات حرارتی، محققان ریزساختار آنها را با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی بررسی کردند و دریافتند که دانه‌های میکروسکوپی حک شده مواد با دانه‌های "ستونی" یا نواحی بلند و کریستالی‌مانند که بسیار بزرگتر از نمونه اصلی بودند جایگزین شدند. دانه ها..
دومینیک پیچ، نویسنده اصلی، گفت: «ما کاملاً بازسازی کردیم.ما نشان می‌دهیم که می‌توانیم اندازه دانه را چندین مرتبه افزایش دهیم تا تعداد زیادی دانه‌های ستونی تشکیل شود، که از نظر تئوری باید به بهبود قابل توجهی در خواص خزشی منجر شود.»
این تیم همچنین نشان داد که می‌توانند نرخ کشش و دمای نمونه‌های میله را کنترل کنند تا دانه‌های در حال رشد مواد را تنظیم کنند و مناطقی با اندازه و جهت دانه‌های خاص ایجاد کنند.کوردرو می‌گوید این سطح از کنترل می‌تواند به سازندگان اجازه دهد پره‌های توربین را با ریزساختارهای خاص سایت چاپ کنند که می‌توانند برای شرایط عملیاتی خاص تنظیم شوند.
کوردرو قصد دارد عملیات حرارتی قطعات پرینت سه بعدی را نزدیک به پره های توربین آزمایش کند.این تیم همچنین به دنبال راه هایی برای تسریع استحکام کششی و همچنین آزمایش مقاومت خزشی سازه های عملیات حرارتی هستند.آنها سپس حدس می زنند که عملیات حرارتی می تواند کاربرد عملی پرینت سه بعدی را برای تولید پره های توربین درجه صنعتی با اشکال و الگوهای پیچیده تر امکان پذیر کند.
کوردرو گفت: «پره‌ها و هندسه پره‌های جدید توربین‌های گازی زمینی و در نهایت موتورهای هواپیما را در مصرف انرژی کارآمدتر خواهند کرد.»از دیدگاه پایه، این امر می‌تواند انتشار CO2 را با بهبود کارایی این دستگاه‌ها کاهش دهد.
زمان ارسال: نوامبر-15-2022
