Công nghệ xử lý nhiệt kết tinh lại

Một thanh mỏng siêu hợp kim in 3D được kéo ra khỏi bồn nước và đi qua một cuộn dây cảm ứng, nơi nó được nung nóng đến nhiệt độ làm thay đổi cấu trúc vi mô, làm cho vật liệu đàn hồi hơn.

Cánh tuabin khí thường được sản xuất bằng quy trình đúc truyền thống. Các nhà sản xuất đổ kim loại nóng chảy vào các khuôn phức tạp, cho phép nó đông đặc theo hướng, sau đó sử dụng nhiều công cụ gia công khác nhau để hoàn thiện các bộ phận kim loại cuối cùng. Các cánh quạt phải có khả năng quay với tốc độ cao trong môi trường khí cực nóng để tạo ra điện trong các nhà máy điện và cung cấp lực đẩy cho động cơ phản lực.

Tuy nhiên, mối quan tâm ngày càng tăng đối với việc sản xuất các cánh tuabin thông qua in 3D, một phương pháp tiết kiệm chi phí và môi trường, đồng thời cho phép các nhà sản xuất tạo ra các hình dạng cánh tuabin phức tạp hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Thật không may, có một trở ngại lớn cần vượt qua: leo.

Creep là xu hướng kim loại biến dạng vĩnh viễn dưới tác dụng cơ học kéo dài và nhiệt độ cao. Nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng quy trình in 3D tạo ra các hạt mịn có kích thước từ hàng chục đến hàng trăm micron. Mặc dù khó có thể nhìn thấy bằng mắt thường nhưng cấu trúc vi mô này đặc biệt dễ bị biến dạng.

Zachary Cordero, Giáo sư Phát triển Nghề nghiệp của Boeing về Hàng không và Du hành vũ trụ tại MIT giải thích: “Về mặt thực tế, điều này có nghĩa là các tuabin khí sẽ có tuổi thọ sử dụng ngắn hơn hoặc kém tiết kiệm nhiên liệu hơn”.

Để giải quyết vấn đề này, Cordero và các đồng nghiệp đã tìm ra cách cải thiện cấu trúc của hợp kim in 3D bằng cách thêm một bước xử lý nhiệt mới. Phương pháp này biến đổi các hạt mịn của vật liệu in thành các hạt “cột” lớn hơn, một cấu trúc vi mô mạnh hơn giúp giảm thiểu độ rão trong vật liệu. Các "trụ cột" hạt được căn chỉnh theo trục ứng suất tối đa.

Các tác giả của nghiên cứu mới khẳng định rằng phương pháp xử lý nhiệt mới có thể cách mạng hóa việc in 3D công nghiệp các cánh tuabin khí.

Cordero cho biết: "Trong tương lai gần, chúng tôi kỳ vọng các nhà sản xuất tuabin khí sẽ in các cánh và cánh gạt của họ trong các nhà máy sản xuất bồi đắp lớn, sau đó xử lý hậu kỳ chúng bằng phương pháp xử lý nhiệt của chúng tôi. In 3D sẽ cho phép các kiến ​​trúc làm mát mới giúp cải thiện hiệu suất nhiệt của tua-bin, nhờ đó tạo ra cùng một lượng điện trong khi đốt ít nhiên liệu hơn và cuối cùng thải ra ít carbon dioxide hơn."

Thiết lập kết tinh lại theo hướng. Lấy mẫu ra khỏi chất làm mát qua vùng nóng. Độ dốc nhiệt dốc phía trước vùng nóng duy trì mật độ lệch vị trí cao dẫn đến mặt trước kết tinh lại.

​