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Impact Innovations和AEL演示了冷喷雾3D打印燃烧室

影响创新总部位于德国的工业冷喷涂增材制造(CSAM)系统的领导者,与总部位于英国的推进系统设计师合作航空工程(AEL)验证了通过CSAM技术制造推进系统部件的概念。

合作伙伴共同设计了一个燃烧室演示器,以测试3D打印的演示进气歧管(发动机向气缸提供燃料的部分),并展示了CSAM工艺相对于其他增材制造技术的优势。

通过CSAM制作的燃烧室进气歧管的演示样本。图片来自Impact Innovations。
通过CSAM制作的燃烧室进气歧管的演示样本。图片来自Impact Innovations。

冷喷3D打印

CSAM是一种利用超音速气体射流加速固体粉末颗粒的材料沉积过程。粒子通过喷嘴以四倍于音速的速度喷射到基材上,然后它们就像液体一样冷却,与基材形成原子键。

该工艺不同于基于激光、电子束和线电弧的3D打印工艺,因为它不需要高温。因此,这意味着在印刷过程中不需要保护气氛,消除了热残余应力对印刷部分的影响。

去年12月,Impact Innovations开发了一种新的CSAM工艺特别是对于以氮气为推进剂的钛合金Ti-6Al-4V。此前,该合金的临界速度很高,最终导致打印零件的孔隙率很高,因此通过冷喷涂沉积对该合金进行打印具有挑战性,但该公司的新方法实现了Ti-6Al-4V零件的孔隙率低于0.2%。

Impact Innovations并不是唯一一家在CSAM技术方面进行开发的公司这个过程的其他变化已经被诸如通用电气修理它的齿轮箱GE90引擎,SPEE3D该公司已将其冷喷技术商业化,其形式为LightSPEE3D 3 d打印机.SPEE3D的技术已经被澳大利亚陆军各种领域的测试也被用于制造低成本金属3D打印火箭发动机

在过去的几年里,冷喷3D打印工艺也被探索用于制造高性能磁铁对于电动马达来说,已经有很多倡议进一步研究和采用CSAM开发新材料的技术。

目前,Impact Innovation的工厂正在通过CSAM工艺制造全尺寸燃烧室。图片来自Impact Innovations。
目前,Impact Innovation的工厂正在通过CSAM工艺制造全尺寸燃烧室。图片来自Impact Innovations。

为燃烧室制造验证CSAM

近年来,越来越多的注意力集中在发展快速和低成本的增材制造工艺,以生产商业火箭发动机。特别是粉末床熔化(PBF)技术,由于其设计的自由和市场上的普及,已经在这方面进行了探索。

然而,正如Impact Innovations指出的,PBF 3D打印确实面临着燃烧室制造方面的挑战,即有限的外壳和金属和合金加工,以及高表面粗糙度,特别是冷却通道内壁,这可能会降低组件内部的冷却效率。

Impact Innovations正试图用CSAM技术解决这些限制,并已转向AEL技术来证明制造燃烧室组件的过程。在Impact Innovations的指导下,AEL设计了一个燃烧室演示器,适用于测试csam打印的进气歧管,该进气歧管由高强度铜合金制成的再生冷却内衬和铬镍铁合金外壳组成。

合作伙伴通过CSAM制作了进气歧管组件的演示样本,他们声称,这证明了该工艺对燃烧室制造的适用性,与其他3D打印技术相比,具有显著的优势。

在室温和高温(427°C)下热处理后,进气歧管在沉积状态下的力学性能。图片来自Impact Innovations。
在室温和高温(427°C)下热处理后,进气歧管在沉积状态下的力学性能。图片来自Impact Innovations。

CSAM优于其他AM技术

Impact Innovations和AEL公司表示,CSAM工艺相对于其他增材制造技术的一个优势是,在打印过程中不需要保护气氛。CSAM还提供了一种不同材料和合金的简单连接技术,额外的部件无需焊接即可连接。

这一过程也为零件提供了可忽略的热应力,同时消除了零件冷却通道的表面粗糙度问题。此外,粉末只需要沉积材料,与PBF工艺相反,它需要填充整个建造体积。

为了确定零件的铜合金和英科乃尔合金的力学性能,制造了一个内燃机歧管冷却通道的演示样本。CSAM工艺对cu合金的沉积速率为10 kg /小时,对Inconel的沉积速率为6.7 kg /小时,据报道,这比相对的PBF 3D打印工艺快20倍以上。

在Impact Innovation的喷雾实验室,该公司的喷雾车床可以制造直径1.5米、长度2米、最大重量1500公斤的部件。目前,该公司的工厂正在通过CSAM工艺制造全尺寸燃烧室,并将很快在AEL公司的现场进行燃烧测试。

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特色的图像显示通过CSAM制作的燃烧室进气歧管的演示样本。图片来自Impact Innovations。

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