2021年4月27日
3D打印开辟了一系列全新的可能性。一个例子是新型涡轮桶的生产。然而，3D打印过程往往会在构件中产生内应力，在最坏的情况下可能导致裂纹。
现在，一个研究小组已经成功地使用来自慕尼黑工业大学(TUM)的中子源对这种内应力进行了无损检测，这是改进生产工艺的一项关键成就。
燃气轮机桶必须承受极端条件:在高压和高温下，他们暴露在巨大的离心力。为了进一步最大化能源产量，桶必须承受高于材料熔点的温度。这是可能的使用空心涡轮桶从内部空气冷却。
这些涡轮桶可以使用激光粉末床聚变技术制造，这是一种增材制造技术:在这里，通过激光选择性熔化，一层一层地建立粉末形式的启动材料。以鸟类骨骼为例，空心涡轮桶内部复杂的晶格结构为该部件提供了必要的稳定性。
制造过程会在材料中产生内应力
“具有如此复杂结构的复杂部件不可能通过铸造或铣削等传统制造方法制造出来，”德国联邦材料研究与测试研究所(BAM)的托拜厄斯·弗里奇博士说。欧洲杯足球竞彩
但激光的高局部热输入和熔池的快速冷却导致了材料中的残余应力。制造商通常在下游热处理步骤中消除这种应力，但这需要时间和成本。
不幸的是，这些应力也会在生产过程中早期损坏组件，直到后处理发生。“这种应力会导致变形，最糟糕的情况下会导致裂缝，”托拜厄斯弗里奇说。
因此，他利用研究中子源Heinz Maier-Leibnitz (FRM II)的中子研究了一种用于内应力的燃气轮机组件，该组件由燃气轮机制造商西门子能源采用添加剂生产工艺制造。
后处理故意省略了
在FRM II的中子实验中，西门子能源打印了一个只有几毫米大小的晶格结构，使用的是燃气轮机部件的典型镍铬合金。通常生产后的热处理被故意省略了。
“我们想知道是否可以使用中子来检测这种复杂成分的内部应力，”托拜厄斯弗里奇解释说。他已经在柏林研究反应堆BER II获得了中子测量的经验，但该反应堆在2019年底关闭。
“我们很高兴能够在加兴的Heinz Maier-Leibnitz中心进行测量;使用stress 2020欧洲杯下注官网- spec提供的设备，我们甚至能够解决如此复杂的晶格结构中的内部应力。”物理学家说。
打印过程中热量的均匀分布
既然该团队已经成功地检测到了组件内部的应力，下一步就是降低这种破坏性应力。“我们知道，我们必须修改生产工艺参数，从而修改打印过程中组件的制造方式，”弗里奇说。在这里，关键因素是随着时间的推移，热量的输入，当建立单独的层。“熔化过程中的热应用越局部，产生的内应力就越多。”
只要打印机的激光对准一个给定的点，这个点的热量就会相对于邻近区域上升。这导致温度梯度，导致原子晶格的不规则性。
“所以在打印过程中，我们必须尽可能均匀地分配热量，”弗里奇说。在未来，该小组将研究新部件和修改打印参数的情况。该团队已经与西门子合作，计划在加兴使用TUM中子源进行新的测量。
除了来自慕尼黑工业大学Heinz Maier-Leibnitz中心和联邦材料研究和测试研究所的科学家，西门子能源公司的开发人员和波茨坦大学的科学家也参与了这项研究。欧洲杯足球竞彩
来源:https://www.tum.de/en/