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      UTC總監談增材制造和下一代航空航天
      責任編輯:諾曼比爾 日期:2019-12-30 14:43:33
      來源:3D打印商情

      下一代航空航天技術對下一代生產技術提出了更高的要求,而增材制造(AM)是其中的主要技術——航空航天制造和3D打印自然而然地相輔相成:航空航天工程師需要通過昂貴或難以加工的材料來制造復雜零件,而通過增材制造,復雜性是免費的,材料是擠壓或熔合的,而不是必須加工掉。
       
      AM與航空航天之間的合作時機再好不過了,因為更大、更高效的引擎、顯示器和電子設備把熱管理要求推向了新的高度。保形冷卻為這一挑戰提供了解決方案,這是沒有3D打印就無法實現的。熱交換器是這一領域的關鍵技術,因此使用增材制造來制造共形熱交換器是一種合乎邏輯的舉措。

      聯合技術公司在UTC專利制造中心(AMCOE)和America Makes之間的聯合項目中做到了這一點。 UTC工程師專注于開發一種將熱交換器幾何形狀劃分為關鍵設計特征的嚴格方法,以優化粉末床融合過程。

      UTC Technologies的增材制造執行總監Venkat Vedula接受媒體采訪談及很多相關信息,下面我們來看看。

      飛機的熱管理要求如何變化?
      總的來說,無論是車載先進電子設備還是更高效的噴氣發動機,其中一個關鍵挑戰是管理它們產生的熱量。您必須消除從電源板和芯片或燃燒器和渦輪機組件等源產生的熱量。因此,這極大地推動了對更高和更好性能熱管理系統的需求。這是我們關鍵的技術重點領域之一。


      熱交換器需要符合更多有限的空間,這是為什么?
      舉個例子,當您查看發動機橫截面時,其中一個挑戰是可用于任何熱管理系統的空間相當有限。很多時候,我們僅僅根據現有結構的其余部分進行約束。因此,過去幾十年的挑戰是,當您查看換熱器時,它們通常與您的汽車相似。這些散熱器主要是直線型的,當你受限于這種形狀時,你需要增加管道來橋接其間的空間,這樣就會造成效率損失。

      UTC案例研究提到缺乏熱交換器增材制造的規范程序。這是標準化,認證還是別的問題?
      認證肯定是其中的一個要素。但我們發現使用粉末床融合過程的關鍵挑戰之一是真正了解過程本身。您可能知道,這些機器通常有大約150個工藝參數。因此,當我們開發流程時,我們會查看關鍵流程變量,例如功率、掃描速度、不同掃描策略以及它們如何影響材料質量。什么是良好的運營區域?我們在區域外時會發生什么?從根本上了解流程本身,以及如何將流程與特定應用程序聯系起來?

       
      3D打印熱交換器
      因此,我們所說的處理過程就是當你有一個熱交換器,并且你有一個非常薄的翅片,大小為8-10密耳[1密耳= 0.001英寸],以不同的角度定位在基座上,我們得到無缺陷翅片的最佳掃描參數是什么,而不需要任何支撐結構?在這方面,我們花了大量的精力來理解過程本身,以及如何應用這個應用程序,這樣我們就可以在傳熱系數方面最大限度地提高性能,并將壓降和熱量的重量降到最小。

      增材制造設備之間存在著巨大的差異。您是用多個型號處理還是只有一臺專用于該過程的機器?
      這是個有趣的問題!我們已經發現,來自同一制造商的兩臺不同的機器,甚至在同一臺機器上,從一個地點到另一個位置,都存在著機器對機器的變化。

      因此,這是我們在組織中關注的一個關鍵部分:去仔細理解并觀察,這種變化怎么造成的?但我們也有不同的OEM機器,包括單激光和多激光機器。
       

      使用增材制造會影響您的材料選擇嗎?
      確實如此,因為目前可用于金屬增材制造的合金主要是鎳基合金、鈦合金,當然,高強度鋁合金也會出現。對于這個特殊的應用,我們專注于鎳基合金,但我們也在開發鋁合金換熱器。

      你能解釋一下AM設計如何影響你的設計過程嗎?
      我經常聽到的一句話是“使用增材制造,復雜性是免費的?!边@種說法是正確的,但我們面臨的主要挑戰之一是我們沒有設計工具可以為我們提供所謂的端到端工具鏈。也就是說,你可以從一個概念開始,去設計靈感來減輕重量、結構優化諸如此類的東西——并最終能夠構建那個部分。因此,當我們將這種方法應用于熱交換器時,我們也從設計的角度來看,制造的約束是什么?

      正如我之前提到的關于具有不同方向的薄翅片,您需要什么樣的支撐?還是不需要?結合所有這些,我們可以成功建立熱交換器。

      制造熱交換器是否涉及后處理?
      案例研究中的熱交換器內部沒有支撐結構,因此唯一需要的后處理只是從外部修剪支撐。重要的是努力解決這個問題:如何定位熱交換器,以實現這一目標?壓降熱處理怎么樣?目前,對于鎳基,我們正在進行HIP流程。

       
      AM換熱器的尺寸與傳統方法的尺寸相比如何?
      在背對背的比較中,我們能夠在相同的性能下實現約20%的尺寸縮減。案例研究提到了工程激光掃描策略,你能告訴我們更多相關的東西嗎?

      個人掃描策略就是我提到的關于理解過程的內容。我們購買的所有機器都帶有默認參數——比如激光掃描功率或速度——我們可以根據這個程序來定制它。因此,當我們做薄翅片時,我們可以以某種方式定制工藝參數,以及掃描矢量本身,以在整個換熱器芯中實現完全致密的無缺陷翅片。

      來源:3D打印商情


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