تكنولوجيا المعالجة الحرارية لإعادة البلورة

يتم سحب قضيب رفيع من السبائك الفائقة المطبوعة ثلاثية الأبعاد من حمام مائي وتمريره عبر ملف تحريضي، حيث يتم تسخينه إلى درجة حرارة تغير بنيته الدقيقة، مما يجعل المادة أكثر مرونة.

عادة ما يتم تصنيع شفرات توربينات الغاز باستخدام عمليات الصب التقليدية. يقوم المصنعون بصب المعدن المنصهر في قوالب معقدة، مما يسمح له بالتصلب بشكل مباشر، ثم يستخدمون مجموعة متنوعة من أدوات التشغيل لإنهاء الأجزاء المعدنية النهائية. يجب أن تكون الشفرات قادرة على الدوران بسرعات عالية في الغازات الساخنة للغاية لتوليد الكهرباء في محطات توليد الطاقة وتوفير الدفع للمحركات النفاثة.

ومع ذلك، هناك اهتمام متزايد بتصنيع شفرات التوربينات من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، وهي طريقة صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة وتسمح للمصنعين بإنتاج أشكال هندسية أكثر تعقيدًا وكفاءة في استخدام الطاقة. لسوء الحظ، هناك عقبة كبيرة يجب التغلب عليها: الزحف.

الزحف هو ميل المعادن إلى التشوه بشكل دائم تحت ضغط ميكانيكي مستمر ودرجات حرارة مرتفعة. وقد وجدت الأبحاث السابقة أن عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد تنتج جزيئات دقيقة يتراوح حجمها بين عشرات ومئات الميكرونات. على الرغم من أنها بالكاد مرئية بالعين المجردة، إلا أن هذه البنية المجهرية معرضة بشكل خاص للزحف.

يوضح زاكاري كورديرو، أستاذ التطوير المهني في بوينغ للملاحة الجوية والفضائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "من الناحية العملية، هذا يعني أن توربينات الغاز سيكون لها عمر خدمة أقصر أو ستكون أقل كفاءة في استهلاك الوقود".

ولحل هذه المشكلة، وجد كورديرو وزملاؤه طريقة لتحسين بنية السبائك المطبوعة ثلاثية الأبعاد عن طريق إضافة خطوة معالجة حرارية جديدة. تعمل هذه الطريقة على تحويل الحبيبات الدقيقة للمادة المطبوعة إلى حبيبات "عمودية" أكبر، وهي بنية مجهرية أقوى تقلل من الزحف في المادة. تتم محاذاة "أعمدة" الحبوب مع محور الضغط الأقصى.

يدعي مؤلفو الدراسة الجديدة أن طريقة جديدة للمعالجة الحرارية يمكن أن تحدث ثورة في الطباعة الصناعية ثلاثية الأبعاد لشفرات توربينات الغاز.

وقال كورديرو: "في المستقبل القريب، نتوقع أن يقوم مصنعو توربينات الغاز بطباعة شفراتهم ودواراتهم في مصانع تصنيع المواد المضافة الكبيرة ومن ثم معالجتها بعد ذلك باستخدام المعالجة الحرارية لدينا. ستمكن الطباعة ثلاثية الأبعاد من إنشاء بنيات تبريد جديدة من شأنها تحسين الكفاءة الحرارية للتوربينات". التوربينات، وبالتالي إنتاج نفس الكمية من الكهرباء مع حرق كمية أقل من الوقود وفي النهاية انبعاث كميات أقل من ثاني أكسيد الكربون.

إعداد إعادة البلورة الاتجاهية. إزالة العينة من المبرد من خلال المنطقة الساخنة. يحافظ التدرج الحراري الحاد أمام المنطقة الساخنة على كثافة خلع عالية تؤدي إلى جبهة إعادة البلورة.

​