技術背景

今天的燃氣輪機葉片是通過傳統的鑄造工藝制造的，在這種工藝中，熔融金屬被倒入復雜的模具中并定向凝固。這些部件由地球上一些最耐熱的金屬合金制成，因為它們設計用于在極熱的氣體中高速旋轉，動過動能為發電廠發電或為噴氣發動機提供推力。現在，人們對3D打印制造渦輪葉片的興趣越來越大，除了其環境和成本優勢外，它還可以讓制造商快速生產出更復雜、更節能的葉片。但3D打印渦輪葉片一直存在一個難以逾越的大障礙：蠕變。麻省理工學院航空航天事業波音職業發展教授Zachary Cordero說“在實踐中，這意味著燃氣輪機的壽命會更短或燃油效率更低。”Cordero和他的同事找到了一種改進3D打印合金結構的方法，方法是增加一個額外的熱處理步驟，將打印材料的細晶粒轉化為更大的“柱狀”晶粒，它是一種更堅固的微觀結構，可以最大限度地減少材料的蠕變潛力，因為“柱”與最大應力軸對齊。研究人員表示，這種方法為燃氣輪機葉片的工業3D打印掃清了道路。Cordero說“在不久的將來，我們設想燃氣輪機制造商，將在大型3D打印工廠打印他們的葉片，通過使用我們的熱處理對其進行后處理。3D打印將啟用新的冷卻架構，這樣做的好處是可以提高渦輪機的熱效率，使其產生相同數量的功率，同時燃燒更少的燃料，最終排放更少的二氧化碳。”