Блог

Sep 13, 2023

Использование 3D-печати для усиления реактивных двигателей

Сколковский институт науки и технологий, Москва, Россия Инженеры Сколтеха

Сколковский институт науки и технологий, Москва, Россия

Инженеры Сколтеха использовали 3D-принтер для изготовления и исследования механических характеристик образцов сплавов бронзы и стали, ранее неизвестных материаловедению. Сочетая в себе уникальные свойства бронзы и стали, новые сплавы могут быть использованы для изготовления камер сгорания для авиационных и ракетных двигателей. Они выиграют как от способности стали выдерживать экстремальные температуры, так и от способности бронзы отводить тепло от камеры.

«3D-печать перспективна для изготовления композитных деталей, наделенных свойствами двух различных материалов, входящих в состав композита», — сказал доцент Игорь Шишковский из Сколтеха «Материалы». «Учтите, например, что сталь устойчива к высоким температурам, создаваемым сгоранием топлива в работающем двигателе. Это прекрасно, но по сравнению с бронзой сталь является скромным проводником тепла, поэтому охлаждающая жидкость двигателя не может отводить от нее тепло, поскольку эффективно предотвратить перегрев и повреждение. Что ж, с помощью 3D-печати вы действительно можете получить лучшее от обоих миров, изготовив камеру сгорания, которая плавно переходит от бронзы внутри для лучшего управления температурой к стали снаружи для удержания конструкции. вместе."

Команда сообщила о первом синтезе сплава бронзы и стали с использованием метода 3D-печати, называемого прямым лазерным осаждением, который плавит и сплавляет порошкообразные ингредиенты с помощью лазерного луча в каждой последующей точке металлической детали по мере ее создания.

Команда Сколтеха, по сути, объединила бронзу и сталь двумя разными способами — получив как квазиоднородные сплавы, так и сэндвич-структуры. В первом случае два материала примерно равномерно перемешаны по всему образцу, а второй состоит из серии чередующихся слоев бронзы и стали толщиной 0,25 мм. Исследователи использовали один тип стали, но варьировали ее содержание в сплаве от 25 до 50 процентов и экспериментировали с тремя различными распространенными сортами бронзы.

Результаты подтвердили, что два материала хорошо сплавляются, без образования дефектов, и исследовали структурные и механические свойства сплава бронзы и стали. Для этого команда вырастила вертикальные полосы снизу вверх и исследовала их форму, химический состав и микроструктуру.

«Если что-то пойдет не так, форма образца может заметно исказиться или он может расколоться на слои во время 3D-печати. ​​Обычно это означает, что либо используемые материалы не подходят, либо условия установлены неправильно», — сказал Шишковский.

Не обнаружив никаких проблем, исследователи приступили к вырезанию крошечных кусочков из разных частей образцов и исследовали их внутреннюю структуру с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии. Затем были получены основные механические характеристики в широком диапазоне механических испытаний сэндвич-композитов, продолжавшихся вплоть до их разрушения.

«Теперь, когда мы подтвердили, что сталь и бронза могут быть объединены в сплав и совместимы с 3D-печатью посредством прямого лазерного осаждения, и мы знаем механические характеристики нового материала, мы можем изучить его возможные применения», — сказал первый в исследовании. автор Константин Макаренко, студент, Материалы Сколтеха. «Забегая вперед, я хотел бы изготовить и испытать камеру сгорания из стали и бронзы в Сколтехе, но помимо этого возможны и другие изделия и другие комбинации металлов.

«Следующим шагом будет создание турбинных лопаток из усиленного суперсплава с охлаждающими каналами из бронзы. Речь идет о объединении преимуществ двух различных материалов в одном бесшовном изделии без каких-либо сварок или других соединений».

Для получения дополнительной информации свяжитесь с отделом коммуникаций Сколтеха по адресу: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.; +7 495-280-1481.

Эта статья впервые появилась в июньском номере журнала Tech Briefs Magazine за 2023 год.