1 金属 3D プリンティング技術のレビュー
金属積層造形とも呼ばれる金属 3D プリンティングは、金属粉末またはワイヤーを層ごとに積み重ねることによって 3 次元の物体を作成する技術です。金属 3D プリンティングは、従来の鋳造、鍛造、または機械加工に比べて製造コストが低く、開発サイクルが短く、設計の自由度が高くなります。実際のニーズに合わせて調整し、複雑な幾何学的形状を統合的に形成することができます。
航空機タービンブレードの製造における金属 3D プリンティング技術の 2 つの著名な用途は、指向性エネルギー蒸着 (DED) と粉末床選択溶解 (PBF) です。直接金属レーザー焼結 (DMLS)、レーザー選択的溶解 (SLM)、電子ビーム溶解 (EBM) などが PBF プロセスの一部を形成します。レーザーまたは電子ビームを使用して金属粉末を融点まで加熱し、層ごとの積層を実現します。 DED プロセスでは、熱源としてレーザー ビーム、電子ビーム、プラズマ、またはアークを使用して金属ワイヤーまたは金属粉末を選択的に溶解した後、建物プラットフォームに金属ワイヤーまたは粉末を継続的に追加します。
2 金属 3D プリントにより航空機のタービンブレードの性能が向上
刃の構造を改良。
通常、航空機のタービンブレードは複雑な自由曲面を持ち、非常に高い製造精度が要求されます。金属 3D プリンティング技術によって可能になった、より正確で洗練されたブレード形状は、空力性能を最大限に高めるのに役立ちます。印刷プロセスを精密に制御することで、複雑な冷却チャネルと効果的な断熱コーティングを備えたブレードを製造できるため、熱放散と耐温度能力が大幅に向上します。
たとえば、GE はタービン ブレードの翼型に関して、積層造形を使用した多層外壁の設計を実現しました。この構造により、元のタービンブレードの耐温度能力が向上し、冷却能力が向上し、ひいてはエンジンの運転温度が向上します。現在研究が注目されており、航空機タービンブレード製造における金属 3D プリンティング技術の主な利点は、このより効果的な空冷方法です。
素材の性能を高めます。
チタン合金、ニッケル基高温合金などの高性能合金材料は、金属 3D プリンティング技術で利用できます。これらの材料は優れた動作条件に耐えることができ、優れた機械的品質と耐酸化性を備えています。金属 3D プリント技術は、材料の微細構造と粒子サイズを正確に制御することで、その機械的品質を最大限に引き出すのに役立ちます。
MITの研究者らは、追加の熱処理段階を追加することで、3Dプリント材料の微細粒子がより大きな「柱状」粒子、より堅牢な微細構造に変換され、材料のクリープ電位を低減できることを発見した。この開発により、ガスタービンブレードの産業用 3D プリントへの道が開かれ、3D プリントされたブレードが高温の環境下でも優れた柔軟性と耐久性を維持できるようになります。
軽量アーキテクチャを認識します。
金属 3D プリンティング技術は、ブレードの構造と材料分布を最大限に活用することで軽量設計を実現し、性能を損なうことなく軽量化を実現します。これは航空機の飛行効率や燃費向上にとって非常に重要です。たとえば、金属 3D プリンティング技術で製造されたチタン アルミニウム合金タービンブレードは、従来のニッケルベース合金ブレードの重量のほぼ半分であるため、燃料消費量と汚染物質が大幅に削減されます。
開発サイクルを短縮し、経費を削減します。
金属 3D プリンティング技術によって迅速なプロトタイプとカスタマイズされた生産が可能になると、航空機のタービンブレードの開発サイクルが大幅に短縮される可能性があります。複雑な幾何学デザインを直接印刷することにより、従来の製造方法におけるいくつかの手順と金型費用が削減され、製造コストが削減されます。さらに、航空分野の個別のカスタマイズ要件に対応するため、金属 3D プリンティング技術は、小ロットおよび多バリエーションの生産も実現できます。
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/slm-3d-printing-milling-cutter-tools.html