산업 제조에서 3D 프린팅에 니켈 기반 합금을 사용하는 것이 적합합니까?

니켈 - 기반 합금의 재료 특성에는 고온에서 잘 작동 할 수 있다는 "자연적인 이점"이 포함됩니다.
니켈 - 기반 합금 (예 : Inconel 625, Inconel 718, Hastelloy X 등)은 섭씨 650 ~ 1000 도의 온도에서 강하게 유지하고 산화 및 부식에 저항 할 수 있습니다. 핵심의 주요 이점은 다음과 같습니다.
고온에서의 안정성 : 크롬 (CR), 몰리브덴 (MO), Niobium (NB) 및 기타 금속이 니켈 - 기반 합금에 첨가 될 때, 고온에서 산화 및 부식을 방지 할 수있는 두꺼운 산화물 필름을 만듭니다. 예를 들어, Inconel 718은 650도에서 1100 MPa의 인장 강도를 가지며, 이는 전형적인 알루미늄 및 티타늄 합금보다 훨씬 높습니다.
크리프 저항 및 피로 성능 : 니켈 - 기반 합금은 '위상 (ni3 (al, ti)) 및' '상 (NI3NB)의 강수량 강화 메커니즘으로 인해 - 용어 높이 - 온도 하중에서 안정적으로 유지 될 수 있습니다. 항공기 엔진에서 터빈 디스크의 피로 수명은 Inconel 718 3 D 인쇄로 만들어진 후 20% 이상 더 길다.
화학적 안정성 : 니켈 - 기반 합금은 해수 및 산성 가스와 같은 부식성 물질에 매우 저항력이 있습니다. 해양 공학 및 화학 장비에 많이 사용됩니다.
니켈 - 기반 합금은 이러한 품질로 인해 3D 인쇄 높이 - 온도 부분에 적합합니다. 이것은 전통적인 방법으로하기 어려운 복잡한 구조를 만드는 데 특히 그렇습니다. 이는 더 유용한지를 보여줍니다.
프로세스 적응성 : 3D 프린팅과 니켈 사이의 "기술 공명"- 기반 합금 사이
3D 프린팅 니켈 - 기반 합금에는 재료 흐름성, 열 응력 제어 및 미세 구조 최적화를 포함한 주요 기술이 필요합니다. 현재의 주류 절차는 응용 분야에서 성숙도에 도달했습니다.
레이저 분말 침대 용융 (L - pbf) :
프로세스의 장점 : 작은 우주 레이저의 많은 에너지는 니켈 ({0}} 기반 합금 분말을 완전히 녹일 수있어 밀도가 99.5%이상인 부품을 만듭니다. 예를 들어, Hunan Huashu High Tech는 L - PBF 인쇄 니켈 - 기반 High - 온도 합금 Honeycomb 그리드 날개 크기가 750 × 195 × 1035 mm 인 100 μm 두께를 사용하여 항공 우주 구조 구성 요소를 만듭니다.
미세 구조 제어 : 레이저 전력과 스캐닝 속도를 변경하여 최상의 입자 방향 및 강수량 위상 분포를 얻을 수 있습니다. l - pbf를 사용하여 Avic Maite 첨가제 기술은 IN718 Quadcopter 드론의 부품을 인쇄했습니다. 열처리 후, ''상의 크기는 완전히 동일하고 인장 강도는 1300 MPa입니다.
3DP : 스프레이 접착제
비용과 효율성 사이의 균형 : 3DP 방법은 바인더를 사용하여 금속 분말을 선택적으로 결합합니다. 그 후, 파우더는 탈지되고 소결되어 최종 제품을 얻습니다. 이것은 큰 - 스케일 프로덕션에 좋습니다. 3DP 기술을 사용하여 Exone은 니켈 - 기반 합금으로 만든 산업 부품을 인쇄합니다. 이것은 L - PBF에 비해 40%를 절약하고 표면 거칠기 (6.3 μm 이하)가 기능 부품의 요구를 충족시킵니다.
재료 사용률 : 3DP 기술은 분말의 95% 이상을 회수하여 재료 폐기물을 많이 줄입니다. 예를 들어 상하이 항공 우주 기술 연구소는 3DP 인쇄 코발트 크롬 합금 항공기 엔진 임펠러를 사용하여 전통적인 캐스팅에 비해 재료 비용을 30% 줄였습니다. 일반적인 사용 사례는 "실험실"에서 "스케일"로 진행됩니다.
니켈 - 기반 합금 3D 프린팅은 많은 높은 - 최종 산업 산업에서 상당한 규모로 사용되었습니다. 그 가치는 더 나은 성능, 더 짧은 사이클 시간 및 더 많은 디자인 자유로 표시됩니다.
항공 우주 : 터빈의 부품 : 니켈 - L - PBF가 인쇄 된 기반 합금 터빈 블레이드는 광저우 Sailong 첨가제 제조에 의해 사용됩니다. 내부의 냉각 채널 설계를 개선함으로써 냉각 효율은 15% 증가하고 블레이드 수명은 30% 증가합니다.
핫 엔드 구조의 일부 : NASA는 Grcop - 84 구리 니켈 합금으로 L-PBF로 인쇄 된 연소실을 사용합니다. 이 합금은 고온을 처리 할 수있어 추력 챔버가 꾸준히 1200 도로 작동하는 데 도움이됩니다.
에너지 도구 :
NASA HR - 1 핵 열 추진 실은 LP - DED (레이저 지시 에너지 증착) 공정을 사용하여 AVIC MAITE ADDITION 기술에 의해 만들어졌습니다. 그것은 매우 높은 수준의 방사선을 처리 할 수있는 니켈 기반 합금 및 지르코늄 합금의 구배 전이 설계를 가지고 있습니다.
가스 터빈 : Siemens Energy는 20 개의 일반적인 부품을 3D 인쇄 니켈 - 기반 합금 버너 노즐을 사용하여 하나로 결합합니다. 이로 인해 조립 시간이 80%, NOX 배출량을 20% 줄입니다.
해양 공학 :
심해의 밸브 : 316L 스테인레스 스틸 및 니켈 - 기반 합금은 밸브를 높음에서 더 오래 지속시키는 데 사용됩니다 (- 압력 해수. 복합 3D 인쇄 기술은 5 년 대신 15 년 동안 지속됩니다.
경제 분석 : "높은 비용"에서 "전체 수명주기 최적화"까지
니켈 - 기반 합금 분말은 다소 비싸지 만 (약 500-2000/kg) 3D 프린팅은 다음과 같은 방식으로 큰 경제적 인 진전을 이룹니다.
설계 최적화를 통한 비용 절감 : 토폴로지 최적화 구조를 사용하면 재료 사용이 30%에서 50%로 줄어들 수 있습니다. 예를 들어, 백금은 생체 모방 격자 구조 덕분에 45% 가볍고 20% 더 단단한 특정 유형의 드론에 대해 니켈 - 기반 합금으로 브래킷을 만들었습니다.
R & D 사이클을 더 짧게 만드십시오 : 일반적으로 새로운 터빈 블레이드를 만드는 데 12 ~ 18 개월이 걸리지 만 3D 프린팅 및 디지털 트윈 기술은 그 시간을 3-6 개월로 줄일 수 있습니다. Xi'an Bolite는 디자인에서 테스트까지 45 일이 걸렸던 항공 엔진 회사를 위해 티타늄 - 알루미늄 합금 터빈 디스크를 만들었습니다.
예비 부품 유지 비용을 낮추십시오 : 3D 프린팅은 "- 제조를 요구하고 예비 부품 재고를 줄입니다. Boeing은 3D 인쇄 니켈 - 기반 합금 연료 노즐을 사용하기 시작했으며, 이는 재고 비용이 60%, 배달 시간이 12 주에서 1 주로 줄었습니다.