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耐热物体的 3D 打印和涂层,例如涡轮叶盘或叶片

是否可以 3D 打印半径为 2 - 4 英寸(50 - 100 毫米)、能够承受约 800 - 1000°C 温度和 100 - 120 x 10 3 rpm 转速的轴流式涡轮机?

那有多贵?用整块合金磨制这样的涡轮机是否更便宜?

应该使用哪些技术和材料?

Inconel合金适合3D打印吗?

是否有适合此任务的钛合金?我读过钛很少用于快速旋转的部件,因为它能够在发生机械故障并且旋转叶片接触外壳时点燃。钛合金还有这个缺点吗?

是否可以制作钛盘和因科镍合金刀片,并将它们焊接(考虑到热膨胀)?

如何对刀片或叶盘进行陶瓷涂层?

谢谢!

欢迎来到 3D 打印 SE,这是一个很棒的话题,在 3D 打印 SE 上还没有出现太多!然而,这里的一个问题有太多的问题。请考虑将其分解为其他问题帖子,以避免由于“不清楚用户在问什么”问题而关闭此帖子。

4个回答

这主要取决于经济性和期望的寿命。很明显,您需要一种强度和熔点超过操作规格的材料。确定各种断裂强度(剪切、弯曲等)是一个工程问题,而不是制造问题本身。
接下来,考虑 3D 打印与一些典型装配线工艺的生产时间和成本。对于大量构建,3D 方法几乎总是失败。
设计和操作这样的设备可能非常危险。需要非常严格的公差。该站点描述了困难,从材料选择开始,到公差,等等。我不认为你想在你的地下室做这个。

我认为这绝对有可能,钢 3D 打印机很可能能够以您需要的精度进行打印(作为法医科学研究项目的一部分,我有设计和打印手枪枪管的经验),但请注意,我所知道的大多数工艺,您都需要进行后期制作并进行一些抛光或表面精修,特别是对于涡轮机应用,在这些应用中,温度已经很高,任何表面缺陷都无助于提高耐用性。

否则,我只会确保您使用的材料符合您的规格。可能更容易找到极其可靠和坚固的材料进行铣削,但理论上 3D 打印是可能的。

从财务角度讲,虽然我没有任何比较特定类型组件成本的经验,但只要您能找到可以进行单件生产运行的人,铣削可能会更便宜。

个人意见:我会去铣削。我在 3D 打印方面有很多经验,并且我是其优点的铁杆支持者,但鉴于缺乏关于 3D 打印涡轮机如何长期运行的个人知识,以及某些旋转的故障的后果这些速度,我会倾向于走传统的制造路线。

我不知道,但我怀疑这种结构的商业 3D 打印的唯一理由是实现内部细节 - 通风/冷却,过程控制的精度水平使得小批量不切实际。

一些公司已经开始考虑这个想法。我想我记得听说普惠公司和波音公司正在 3D 打印一些较小的翼片。

优点是他们可以制造更复杂、更高效的零件,而无需进行质量控制、昂贵的固定/维护以及更少的专有零件和工艺操作。

大多数情况下,金属合金部件是使用 SLA 或 SLS(通常)“打印”的,但它或多或少只是粘合在一起。对于这些类型的印刷工艺,可以通过激光烧结或某种形式的环氧树脂进行粘合。在这一点上,该部件对于航空航天目的几乎没有用,因为您可以用手将其拆开,因为它非常脆弱。

一旦金属粘合成所需的形状,它就会进入熔炉以固化烧结材料,或者用另一种金属(例如青铜或镍)代替环氧树脂。同样在此操作过程中,零件经过热处理以获得所需的材料结构。在此过程中材料的变化有助于设定其强度和耐热性。

在 Google 上快速搜索“ Inconel 3D Printing ”,可以找到几家可以 3D 打印钛和铬镍铁合金等“异国情调”金属的公司。如果 3D 打印机可以加工铬镍铁合金,它就有可能打印大多数其他航空航天材料。

在这一点上,3D 打印奇异材料实际上只是将沙子粘合并在烤箱中烘烤。

谢谢你的回答。制作微型叶盘的问题在于不能制作任何空气通道进行风冷,因为它需要单独生产叶片,即使如此,制作这种微型叶片也非常困难。如果没有冷却叶片,您将无法克服某些效率阈值。我的问题的第二部分是是否有任何燃气(燃气,而不是蒸汽!)涡轮机是由钛合金制成的。你知道吗?
对不起,我个人不知道这个话题。我敢肯定有一些钛合金存在,但材料科学现在发展得如此迅速,以至于很难跟踪现在在哪里使用了哪些材料。如果我找到任何东西,我会告诉你的。

你问了一些非常有趣的问题!首先,在研究此类主题时,使用“增材制造”作为搜索词而不是“3D 打印”会更有运气。在专业的工业环境中,“3D 打印”并不是一个真正用来描述您所谈论的制造的术语。

选择性激光熔化是最适合金属航空零件的增材制造工艺。铬镍铁合金可以与钛(几乎只有 Ti6Al4V)一起加工(例如 IN718 是最简单的合金之一)。至于制造涡轮叶片和类似零件,您可能会发现这很有趣:增材制造 - 3D 打印燃气涡轮叶片的突破

钛通常不用于燃气轮机的高温部分,但将用于更大、更冷的部件,例如风扇叶片,它的强度重量比是一个好处(旋转质量更小=更好的燃料效率)。

高温镍高温合金部件的涂层通常采用电子束物理气相沉积(EBPVD)或高速氧燃料(HVOF)等热喷涂;每个过程都有特定的特征,决定了何时/何地使用它。

这只是您问题的表面深度答案,但在这里不可能完全回答!

(我的经验:博士生使用选择性激光熔化航空合金)

谢谢你的回答!还有一件重要的事情我想知道:除了研磨这种产品之外,增材制造的成本有多高?
这是非常难以评估的。总体而言,通过增材制造 (AM) 制造涡轮叶片的成本将高于通过铸造(传统制造方法)。然而,增材制造可以通过复杂性增加价值,例如内部冷却通道或晶格结构以最小化重量。所以说真的,这是一个成本效益分析,而不是直接的成本计算。 (粗略示例)通过 CNC 铣削加工涡轮叶片的外形可能花费 10% 的 AM 零件。然而,即使在部件寿命期间燃油效率提高 1%,也不会降低成本。
总体答案 - 坚持传统制造(例如铣削)几乎总是更便宜,但目的是利用 AM 的优势来改进(增加价值)您的组件。获取现有的 CAD 文件并简单地打印它是没有意义的 - 使用“增材制造设计”的原则来真正利用该技术。
*为AM*设计有什么区别?这需要什么特殊功能?或者是考虑如何使用新的制造方法改进组件设计?
冷却通道可以有多薄?考虑带微型涡轮机的微型涡轮机……好吧,带微型叶片的微型涡轮机?普通刀片有 0.1-0.2 毫米,AFAIK。 Mini-s 需要薄 10 倍的东西。
DfAM 涵盖了广泛的主题,足以完成整个学位。我正在努力为您找到一个开放访问源,但维基百科条目提供了一个很好的基础(https://en.wikipedia.org/wiki/Design_for_Additive_Manufacturing)。对于微型涡轮机,您可能会保持足够低的燃烧温度,以防止需要过多的冷却通道(即在材料的工作温度范围内)。提高温度追求更高的效率,这是您可能需要牺牲的东西。
是否可以从西门子或其他声音公司订购定制零件(实际上是涡轮叶盘或叶片)的制造?
在哪里可以学习在 AM 领域毕业?非工程学位的人需要多长时间?有哪些职业?

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