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UTC总监谈增材制造和下一代航空航天

发布人:3D打印商情

责任编辑:激光制造商情

来源:3D打印商情

2019-03-06 09:59

  下一代航空航天技术对下一代生产技术提出了更高的要求,而增材制造(AM)是其中的主要技术——航空航天制造和3D打印自然而然地相辅相成:航空航天工程师需要通过昂贵或难以加工的材料来制造复杂零件,而通过增材制造,复杂性是免费的,材料是挤压或熔合的,而不是必须加工掉。

  AM与航空航天之间的合作时机再好不过了,因为更大、更高效的引擎、显示器和电子设备把热管理要求推向了新的高度。保形冷却为这一挑战提供了解决方案,这是没有3D打印就无法实现的。热交换器是这一领域的关键技术,因此使用增材制造来制造共形热交换器是一种合乎逻辑的举措。

  联合技术公司在UTC专利制造中心(AMCOE)和America Makes之间的联合项目中做到了这一点。 UTC工程师专注于开发一种将热交换器几何形状划分为关键设计特征的严格方法,以优化粉末床融合过程。

  UTC Technologies的增材制造执行总监Venkat Vedula接受媒体采访谈及很多相关信息,下面我们来看看。

  飞机的热管理要求如何变化?

  总的来说,无论是车载先进电子设备还是更高效的喷气发动机,其中一个关键挑战是管理它们产生的热量。您必须消除从电源板和芯片或燃烧器和涡轮机组件等源产生的热量。因此,这极大地推动了对更高和更好性能热管理系统的需求。这是我们关键的技术重点领域之一。

  我知道热交换器需要符合更多有限的空间。这是为什么?

  举个例子,当您查看发动机横截面时,其中一个挑战是可用于任何热管理系统的空间相当有限。很多时候,我们仅仅根据现有结构的其余部分进行约束。因此,过去几十年的挑战是,当您查看换热器时,它们通常与您的汽车相似。这些散热器主要是直线型的,当你受限于这种形状时,你需要增加管道来桥接其间的空间,这样就会造成效率损失。

  UTC案例研究提到缺乏热交换器增材制造的规范程序。这是标准化,认证还是别的问题?

  认证肯定是其中的一个要素。但我们发现使用粉末床融合过程的关键挑战之一是真正了解过程本身。您可能知道,这些机器通常有大约150个工艺参数。因此,当我们开发流程时,我们会查看关键流程变量,例如功率、扫描速度、不同扫描策略以及它们如何影响材料质量。什么是良好的运营区域?我们在区域外时会发生什么?从根本上了解流程本身,以及如何将流程与特定应用程序联系起来?

3D打印热交换器。

  因此,我们所说的处理过程就是当你有一个热交换器,并且你有一个非常薄的翅片,大小为8-10密耳[1密耳= 0.001英寸],以不同的角度定位在基座上,我们得到无缺陷翅片的最佳扫描参数是什么,而不需要任何支撑结构?在这方面,我们花了大量的精力来理解过程本身,以及如何应用这个应用程序,这样我们就可以在传热系数方面最大限度地提高性能,并将压降和热量的重量降到最小。

  增材制造设备之间存在着巨大的差异。您是用多个型号处理还是只有一台专用于该过程的机器?

  这是个有趣的问题!我们已经发现,来自同一制造商的两台不同的机器,甚至在同一台机器上,从一个地点到另一个位置,都存在着机器对机器的变化。

  因此,这是我们在组织中关注的一个关键部分:去仔细理解并观察,这种变化怎么造成的?但我们也有不同的OEM机器,包括单激光和多激光机器。

  使用增材制造会影响您的材料选择吗?

  确实如此,因为目前可用于金属增材制造的合金主要是镍基合金、钛合金,当然,高强度铝合金也会出现。对于这个特殊的应用,我们专注于镍基合金,但我们也在开发铝合金换热器。

  你能解释一下AM设计如何影响你的设计过程吗?

  我经常听到的一句话是“使用增材制造,复杂性是免费的。”这种说法是正确的,但我们面临的主要挑战之一是我们没有设计工具可以为我们提供所谓的端到端工具链。也就是说,你可以从一个概念开始,去设计灵感来减轻重量、结构优化诸如此类的东西——并最终能够构建那个部分。因此,当我们将这种方法应用于热交换器时我们也从设计的角度来看,制造的约束是什么?

  正如我之前提到的关于具有不同方向的薄翅片,您需要什么样的支撑?还是不需要?结合所有这些,我们可以成功建立热交换器。

  制造热交换器是否涉及后处理?

  案例研究中的热交换器内部没有支撑结构,因此唯一需要的后处理只是从外部修剪支撑。重要的是努力解决这个问题:如何定位热交换器,以实现这一目标?

  压降热处理怎么样?

  目前,对于镍基,我们正在进行HIP流程。

  AM换热器的尺寸与传统方法的尺寸相比如何?

  在背对背的比较中,我们能够在相同的性能下实现约20%的尺寸缩减。

  案例研究提到了工程激光扫描策略,你能告诉我们更多相关的东西吗?

  个人扫描策略就是我提到的关于理解过程的内容。我们购买的所有机器都带有默认参数——比如激光扫描功率或速度——我们可以根据这个程序来定制它。因此,当我们做薄翅片,我们可以以某种方式定制工艺参数,以及扫描矢量本身,以在整个换热器芯中实现完全致密的无缺陷翅片