技術(shù)背景

今天的燃?xì)廨啓C(jī)葉片是通過傳統(tǒng)的鑄造工藝制造的，在這種工藝中，熔融金屬被倒入復(fù)雜的模具中并定向凝固。這些部件由地球上一些最耐熱的金屬合金制成，因?yàn)樗鼈冊(cè)O(shè)計(jì)用于在極熱的氣體中高速旋轉(zhuǎn)，動(dòng)過動(dòng)能為發(fā)電廠發(fā)電或?yàn)閲姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)提供推力。現(xiàn)在，人們對(duì)3D打印制造渦輪葉片的興趣越來越大，除了其環(huán)境和成本優(yōu)勢外，它還可以讓制造商快速生產(chǎn)出更復(fù)雜、更節(jié)能的葉片。但3D打印渦輪葉片一直存在一個(gè)難以逾越的大障礙：蠕變。麻省理工學(xué)院航空航天事業(yè)波音職業(yè)發(fā)展教授Zachary Cordero說“在實(shí)踐中，這意味著燃?xì)廨啓C(jī)的壽命會(huì)更短或燃油效率更低。”Cordero和他的同事找到了一種改進(jìn)3D打印合金結(jié)構(gòu)的方法，方法是增加一個(gè)額外的熱處理步驟，將打印材料的細(xì)晶粒轉(zhuǎn)化為更大的“柱狀”晶粒，它是一種更堅(jiān)固的微觀結(jié)構(gòu)，可以最大限度地減少材料的蠕變潛力，因?yàn)椤爸迸c最大應(yīng)力軸對(duì)齊。研究人員表示，這種方法為燃?xì)廨啓C(jī)葉片的工業(yè)3D打印掃清了道路。Cordero說“在不久的將來，我們?cè)O(shè)想燃?xì)廨啓C(jī)制造商，將在大型3D打印工廠打印他們的葉片，通過使用我們的熱處理對(duì)其進(jìn)行后處理。3D打印將啟用新的冷卻架構(gòu)，這樣做的好處是可以提高渦輪機(jī)的熱效率，使其產(chǎn)生相同數(shù)量的功率，同時(shí)燃燒更少的燃料，最終排放更少的二氧化碳。”