工業生產新革命!麻省理工學院讓3D列印材料更耐用

現代的燃氣渦輪機葉片是用傳統鑄造技術生產,也就是將融化金屬倒入複雜精細的模具裡,順著特定方向凝固後製成。在發電廠裡,當葉片在極高溫的氣體中高速旋轉時就會提取功率以發電,推動噴氣引擎,因此內部零件都以地球上最耐熱的合金製成。科學家還研究利用3D列印生產渦輪葉片的技術,但他們發現,這會使3D列印材料結構產生幾十微米到幾百微米大的晶粒細化情形,容易導致金屬在持續受到高溫和機械應力作用下,不可逆地改變形狀,這現象也稱為「蠕變」(creep)。

麻省理工學院讓3D列印材料更耐用(圖片翻攝自 MIT News)

不過麻省理工學院研究者發現,透過額外的熱處理步驟,能強化3D列印合金結構,這項技術能讓材料裡的晶體結合得更大且更穩定。例如科學家拿3D列印出的鎳基超合金測試,將其加熱到攝氏1200至1245度,裡面的微觀缺陷,又稱「差排」(dislocation)就會消失並重新累積,裡面的晶粒也會不斷拉長,進行「再結晶」,形成更耐用的微觀結構,減少蠕變可能性。

蠕變會導致渦輪機使用壽命減短或燃油效率變低,增加運作成本,而有了這項材料處理技術,能提升渦輪機熱效率,維持同樣功率又能減少燃燒燃料,進而降低排碳量。科學家樂觀表示,這項3D列印材料處理技術,有望為降低燃料消耗和提高能源效率打開新大門。(編譯/Elisa)

原文出處:https://interestingengineering.com/innovation/3d-printed-materials-now-more-durable

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