ארגונים ללא מטרות רווח, התקשורת והציבור רשאים להוריד תמונות מאתר MIT Press Office תחת רישיון Creative Commons Attribution לא מסחרי, לא נגזר.אין לשנות את התמונות שסופקו, אלא רק לחתוך אותן לגודל הנכון.יש להשתמש בקרדיטים בעת העתקת תמונות;קרדיט "MIT" לתמונות אלא אם צוין למטה.
טיפול חום חדש שפותח ב-MIT משנה את המיקרו-מבנה של מתכות מודפסות בתלת מימד, מה שהופך את החומר לחזק יותר ועמיד יותר לתנאים תרמיים קיצוניים.טכנולוגיה זו יכולה לאפשר הדפסה תלת-ממדית של להבים ושבבים בעלי ביצועים גבוהים עבור טורבינות גז ומנועי סילון המייצרים חשמל, ולאפשר עיצובים חדשים להפחתת צריכת הדלק ויעילות האנרגיה.
להבי טורבינת הגז של היום מיוצרים בתהליך יציקה מסורתי בו יוצקים מתכת מותכת לצורות מורכבות ומתמצקות בצורה כיוונית.רכיבים אלה עשויים מסגסוגות מתכת עמידות ביותר בחום על פני כדור הארץ, שכן הם נועדו להסתובב במהירויות גבוהות בגזים חמים במיוחד, להפיק עבודה להפקת חשמל בתחנות כוח ולספק דחף למנועי סילון.
קיים עניין גובר בייצור להבי טורבינה באמצעות הדפסת תלת מימד, אשר בנוסף ליתרונות סביבתיים וכלכליים, מאפשר ליצרנים לייצר במהירות להבים בעלי גיאומטריות מורכבות וחסכוניות יותר באנרגיה.אבל המאמצים להדפסת להבי טורבינה בתלת מימד עדיין לא התגברו על מכשול אחד גדול: זחילה.
במטלורגיה, זחילה מובנת כנטייה של מתכת לעיוות בלתי הפיך תחת לחץ מכני קבוע וטמפרטורה גבוהה.בזמן שהחוקרים בחנו את האפשרות להדפיס להבי טורבינה, הם גילו שתהליך ההדפסה מייצר גרגירים עדינים בגודל של בין עשרות למאות מיקרומטרים - מבנה מיקרו הנוטה במיוחד לזחילה.
"בפועל, זה אומר שלטורבינת הגז תהיה אורך חיים קצר יותר או שתהיה פחות חסכונית", אמר זכרי קורדרו, פרופסור בואינג לתעופה וחלל ב-MIT."אלה תוצאות רעות יקרות."
Cordero ועמיתיו מצאו דרך לשפר את המבנה של סגסוגות מודפסות בתלת מימד על ידי הוספת שלב נוסף של טיפול בחום שהופך את הגרגירים העדינים של החומר המודפס לגרגירי "עמודים" גדולים יותר – מבנה מיקרו חזק יותר שממזער את פוטנציאל הזחילה של החומר.חומר כי "העמודים" מיושרים עם ציר הלחץ המרבי.הגישה המתוארת היום ב-Additive Manufacturing סוללת את הדרך להדפסת תלת מימד תעשייתית של להבי טורבינת גז, אומרים החוקרים.
"בעתיד הקרוב, אנו מצפים מיצרני טורבינות גז להדפיס את הלהבים שלהם במפעלי ייצור תוספים בקנה מידה גדול ולאחר מכן לעבד אותם לאחר טיפול בחום שלנו", אמר קורדרו."הדפסת תלת מימד תאפשר ארכיטקטורות קירור חדשות שיכולות להגביר את היעילות התרמית של טורבינות, ולאפשר להן לייצר את אותה כמות כוח תוך שריפת פחות דלק ובסופו של דבר פולטת פחות פחמן דו חמצני".
המחקר של קורדרו נערך בשיתוף המחברים הראשיים דומיניק פיצ'י, כריסטופר קרטר ואנדרס גרסיה-ג'ימנז מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, אנוגרהאפרדה מוקונדן ומארי-אגתה שרפן מאוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפיין ודונובן לאונרד מהאלון. המעבדה הלאומית של רידג'.
השיטה החדשה של הצוות היא צורה של התגבשות כיוונית, טיפול בחום המעביר חומר דרך אזור חם בקצב מבוקר מדויק, וממזג גרגרים מיקרוסקופיים רבים של החומר לגבישים גדולים יותר, חזקים ואחידים יותר.
גיבוש מחדש כיווני הומצא לפני למעלה מ-80 שנה והוחל על חומרים הניתנים לעיוות.במחקר החדש שלהם, צוות MIT החיל גיבוש מחדש מכוון על סגסוגות-על מודפסות בתלת-ממד.
הצוות בדק שיטה זו על סגסוגות-על מבוססות ניקל מודפסות בתלת-ממד, מתכות שנוצקות בדרך כלל ומשמשות בטורבינות גז.בסדרה של ניסויים, החוקרים הציבו דוגמאות מודפסות בתלת-ממד של סגסוגות-על דמויות מוט באמבט מים בטמפרטורת החדר ישירות מתחת לסליל אינדוקציה.הם משכו לאט כל מוט מהמים והעבירו אותו דרך סליל במהירויות שונות, וחיממו באופן משמעותי את המוטות לטמפרטורות שנעות בין 1200 ל-1245 מעלות צלזיוס.
הם גילו כי משיכת המוט במהירות מסוימת (2.5 מילימטרים לשעה) ובטמפרטורה מסוימת (1235 מעלות צלזיוס) יוצרת שיפוע טמפרטורה תלול שמפעיל מעבר במבנה המיקרו-עדין של חומרי ההדפסה.
"החומר מתחיל כחלקיקים קטנים עם פגמים הנקראים נקעים, כמו ספגטי שבור", הסביר קורדרו."כאשר מחממים את החומר, הפגמים הללו נעלמים ונבנים מחדש, והגרגרים יכולים לגדול.גרגירים על ידי ספיגת חומר פגום ודגנים קטנים יותר - תהליך שנקרא התגבשות מחדש."
לאחר קירור המוטות שעברו טיפול בחום, החוקרים בחנו את המיקרו-מבנה שלהם באמצעות מיקרוסקופים אופטיים ואלקטרוניים ומצאו שהגרגרים המיקרוסקופיים המוטבעים של החומר הוחלפו בגרגירי "עמודים", או אזורים ארוכים דמויי גביש שהיו הרבה יותר גדולים מהמקור. דגנים..
"בנינו מחדש לחלוטין", אמר הסופר הראשי דומיניק פיץ'."אנחנו מראים שאנחנו יכולים להגדיל את גודל הגרגירים במספר סדרי גודל כדי ליצור מספר גדול של גרגירים עמודים, מה שאמור להוביל תיאורטית לשיפור משמעותי בתכונות הזחילה."
הצוות גם הראה שהם יכולים לשלוט בקצב המשיכה והטמפרטורה של דגימות המוט כדי לכוונן את הגרגירים הגדלים של החומר, וליצור אזורים בגודל גרגר וכיוון ספציפי.רמת שליטה זו יכולה לאפשר ליצרנים להדפיס להבי טורבינה עם מיקרו-מבנים ספציפיים לאתר שניתן להתאים לתנאי הפעלה ספציפיים, אומר Cordero.
Cordero מתכננת לבדוק את הטיפול בחום של חלקים מודפסים בתלת מימד קרוב יותר ללהבי הטורבינה.הצוות גם בוחן דרכים להאיץ את חוזק המתיחה, כמו גם בדיקת עמידות הזחילה של מבנים שעברו טיפול בחום.לאחר מכן הם משערים שטיפול בחום יכול לאפשר את היישום המעשי של הדפסת תלת מימד לייצור להבי טורבינה בדרגה תעשייתית עם צורות ותבניות מורכבות יותר.
"הלהבים החדשים וגיאומטריית הלהבים יהפכו את טורבינות הגז היבשתיות, ובסופו של דבר, את מנועי המטוסים לחסכוניים יותר באנרגיה", אמר קורדרו."מנקודת מבט בסיסית, זה יכול להפחית את פליטת CO2 על ידי שיפור היעילות של המכשירים הללו."
זמן פרסום: 15 בנובמבר 2022
