Ang mga turbine ng gas na nakakatipid ng enerhiya na ginawa gamit ang isang 3D printer

Ang mga neutron ay maaaring “makita” sa pamamagitan ng metal. Samakatuwid, ang neutron diffraction ay isang mainam na pamamaraan para sa pagsukat ng natitirang stress sa loob ng mga sangkap na gawa ng additive manufacturing. Ipinapakita ng pigura ang istraktura ng sala-sala sa posisyon ng pagsukat sa natitirang boltahe na diffractometer na STRESS-SPEC sa neutron na mapagkukunan ng pagsasaliksik na Heinz Mayer-Leibniz mula sa Teknikal na Unibersidad ng Munich. May-akda: Dr. Tobias Fritsch / BAM

“Nakikita” ng mga neutron ang panloob na boltahe sa mga bahagi sa paggawa ng mga application.

Ang pagpi-print ng 3D ay nagbukas ng isang bagong bagong saklaw ng mga posibilidad. Ang isang halimbawa ay ang paggawa ng mga bagong turbine bucket. Gayunpaman, ang proseso ng pag-print ng 3D ay madalas na sanhi ng panloob na stress sa mga bahagi, na sa pinakamasamang kaso ay maaaring humantong sa mga bitak. Ang koponan ng pananaliksik ay nakagamit na ngayon ng mga neutron mula sa Munich Technical University (TUM) na tumutugon sa neutron source reaktor upang hindi matukoy ang panloob na stress na ito – isang pangunahing tagumpay para sa pagpapabuti ng mga proseso ng produksyon.

Ang mga balde ng gas turbine ay dapat makatiis ng matinding kondisyon: nahantad sila sa malaking pwersang sentripugal sa ilalim ng mataas na presyon at sa mataas na temperatura. Upang higit na ma-maximize ang ani ng enerhiya, ang mga timba ay dapat makatiis ng isang temperatura na talagang mas mataas kaysa sa natutunaw na punto ng materyal. Ginawa ito ng mga guwang na balde para sa mga turbine na pinalamig ng hangin mula sa loob.

Ang mga turbine bucket na ito ay maaaring gawin gamit ang teknolohiya ng additive na Laser Powder Bed Fusion: narito ang panimulang materyal sa form na pulbos ay binuo ng layer sa pamamagitan ng layer ng pumipili na natutunaw na laser. Kasunod sa halimbawa ng mga buto ng ibon, ang mga kumplikadong istraktura ng lattice sa loob ng guwang na mga balde ng turbine ay nagbibigay ng mga bahagi ng kinakailangang katatagan.

Ang istraktura ng isang guwang turbine bucket

Kasunod sa halimbawa ng mga buto ng ibon, ang mga kumplikadong lattice na istraktura sa loob ng guwang na mga balde ng mga turbine ay nagbibigay ng kinakailangang katatagan. 3D na imahe ng istraktura ng sala-sala, na itinayong muli mula sa X-ray tomography. May-akda: Dr. Tobias Fritsch / BAM

Lumilikha ang proseso ng produksyon ng isang panloob na pagkarga sa materyal

“Ang mga kumplikadong sangkap na may gayong mga kumplikadong istraktura ay hindi maaaring gawin gamit ang maginoo na mga pamamaraan ng pagmamanupaktura tulad ng paghahagis o paggiling,” sabi ni Dr. Tobias Fritsch ng Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM).

Ngunit ang lubos na naisalokal na thermal load ng laser at ang mabilis na paglamig ng pagkatunaw ay humahantong sa mga natitirang stress sa materyal. Karaniwang tinatanggal ng mga tagagawa ang gayong pagkapagod sa yugto ng paggamot sa init, na, gayunpaman, ay tumatagal ng oras at samakatuwid ay nagkakahalaga ng pera.

Sa kasamaang palad, ang mga stress na ito ay maaari ding makapinsala sa mga sangkap na nasa proseso ng pagmamanupaktura at bago ang kasunod na pagproseso. “Ang stress ay maaaring humantong sa mga pagpapapangit at, sa pinakamasamang kaso, sa mga bitak,” sabi ni Tobias Fritsch.

Samakatuwid, sinisiyasat niya ang sangkap ng gas turbine para sa panloob na pagkapagod gamit ang mga neutron mula sa Heinz Mayer-Leibniz neutron na mapagkukunan ng pag-aaral (FRM II). Ang sangkap ay gawa gamit ang karagdagang mga proseso ng pagmamanupaktura ng tagagawa ng gas turbine na Siemens Energy.

Tool na STRESS-SPEC na si Tobias Fritsch

Gamit ang isang remote control, inaayos ni Dr. Tobias Fritsch ang istraktura ng sala-sala sa tamang posisyon upang masukat ang STRESS-SPEC residual voltage diffractometer sa Heinz Mayer-Leibniz neutron na mapagkukunan ng pag-aaral sa Teknikal na Unibersidad ng Munich. May-akda: Dr. Michael Hoffman

Sinadya na alisin ang pag-proseso sa post

Para sa eksperimento ng neutron sa FRM II, naka-print ang Siemens Energy ng isang istrakturang lattice ng ilang millimeter na laki gamit ang nickel-chromium haluang metal tipikal ng mga ginagamit para sa mga bahagi ng gas turbine. Ang karaniwang paggamot sa init ng post-production ay sadyang tinanggal.

“Nais naming malaman kung maaari kaming gumamit ng mga neutron upang makita ang mga panloob na stress sa kumplikadong sangkap na ito,” paliwanag ni Tobias Fritsch. Nakakuha na siya ng karanasan sa pagsukat ng mga neutron sa reaktor ng pananaliksik sa Berlin BER II, na, gayunpaman, ay hindi na ipinagpatuloy noong huling bahagi ng 2019.

“Kami ay nasasabik na makagawa ng mga pagsukat sa Heinz Meyer-Leibniz Center sa Garching; salamat sa kagamitan na ibinigay ng STRESS-SPEC, nagawa rin naming malutas ang panloob na stress sa mga kumplikadong at kumplikadong istraktura tulad ng mga ito, “sabi ng pisiko.

Kahit na pamamahagi ng init habang nagpi-print

Ngayon na nakita ng koponan ang panloob na pagkapagod sa sangkap, ang susunod na hakbang ay upang mabawasan ang mapanirang stress. “Alam namin na kailangan nating baguhin ang mga parameter ng proseso ng produksyon at sa gayon ang paraan ng paglikha ng sangkap sa panahon ng pag-print,” sabi ni Fritsch. Dito ang mapagpasyang kadahilanan ay resibo ng init sa takdang kurso sa pagbuo ng magkakahiwalay na mga layer. “Ang mas naisalokal na aplikasyon ng init sa proseso ng pagtunaw, mas malaki ang mga resulta ng panloob na stress.”

Hangga’t ang laser ng printer ay naglalayon sa isang naibigay na punto, ang init ng punto ay nagdaragdag na may kaugnayan sa mga katabing lugar. Ito ay humahantong sa mga pagkakaiba sa temperatura na humantong sa mga kaguluhan sa atomic lattice.

“Kaya kailangan nating ipamahagi ang init nang pantay-pantay hangga’t maaari sa proseso ng pag-print,” sabi ni Fritsch. Sa hinaharap, iimbestigahan ng pangkat ang sitwasyon sa mga bagong sangkap at binago ang mga parameter ng pag-print. Ang koponan ay nakikipagtulungan na sa Siemens upang magplano ng mga bagong sukat sa pinagmulan ng TUM neutron sa Garching.

Sanggunian: “Sa pagpapasiya ng mga natitirang stress sa additively na gawa-gawa na mga istrakturang lattice” ni T. Frich, M. Sprengel, A. Evans, L. Farahbod-Sternal, R. Sullivan-Neman, M. Hoffman at G. Bruno, Journal ng Applied Crystallography.
DOI: 10.1107 / S1600576720015344

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.