近日,勞斯萊斯正在利用鉆石光源的同步加速器來改善3D打印過程,該加速器產生的光的強度是太陽光的100億倍。如果勞斯萊斯可以利用研究成果來改善增材制造過程,最終3D打印會變得更快、更便宜、更高質。
日前,勞斯萊斯與一個由歐洲26個來自學術、工業(yè)和調研界協(xié)會組成的一個組織AMAZE合作,利用鉆石光源的同步加速器來改善3D打印過程,該加速器產生的光的強度簡直令人難以置信。
上個月,勞斯萊斯投資4500萬美元在新加坡開設了一個航空3D打印中心,目前這個巨頭又將目光轉向了另一個高科技增材項目:通過使用比太陽光亮100億倍的光來提高其金屬3D打印過程。
勞斯萊斯使用的是一種激光沉積的3D打印技術制造航空發(fā)動機葉片,有些時候這些葉片會因為熱量和壓力受到損壞,勞斯萊斯就需要銑掉受損部位,然后利用增材制造來修復。但是公司希望找到一種可以完全避免損壞的方法,在人力范圍內做到盡可能多地消除發(fā)動機葉片的缺陷。為了做到這一點勞斯萊斯與AMAZE進行合作。
他們主要的殺手锏是位于牛津郡的鉆石光源同步加速器,鉆石光源的首席執(zhí)行官Andrew Harrison將其描述為“一個接近光速的循環(huán)電子加速環(huán)”。
“繞著這個環(huán)轉圈,當前的電子可以在x射線的光譜中發(fā)出一束強烈的光,” Harrison解釋,“利用這種光,我們可以得到一個高能顯微鏡?!?/span>
同步加速器是一個巨大的圓形結構,周長561.6米,是倫敦摩天大樓“碎片大廈”高度的兩倍,由500名員工操作這個機器,它的電子速度是3千兆電子伏,也就是說這個速度可以在一秒內周游世界7.5次。
但是勞斯萊斯和AMAZE正在使用這些高能顯微鏡來近距離地觀察激光沉積3D打印系統(tǒng),這個觀察距離確實很近:常規(guī)實驗室的x射線每秒捕捉100幀,但同步加速器可以捕捉10000幀。這種幀率可以讓研究團隊觀察到在激光3D打印的過程中究竟發(fā)生了什么——他們甚至不需要去理解所看到的東西。
“你可以看到熔池的形成過程,并追蹤到缺陷是如何產生的,” Alex Leung表示,他是一名來自曼徹斯特大學的航空航天材料工程師,也是AMAZE的一名研究人員,“我們也可以清楚地看到很多粉末被吹離(噴射)粉末床,有一些可能會變成熔滴,在3D打印部件的表面留下粗糙的痕跡?!?/span>
這樣工程師就可以了解到這些粗糙的表面是怎么形成的,最終該怎么消除,他們認為零部件表面粗糙會影響到渦輪葉片的性能,而飛濺液滴也浪費寶貴的金屬粉末,最終造成3 d打印成本的提高。
“你想要做出來的東西擁有完全光滑的表面,” Leung 表示,“你想要所有的粉末都不被浪費,光看簡單的一層不能說明問題,我們在做的是在這個層上添加更多的粉末,然后重復這個過程,就像在實際打印過程中那樣?!?/span>
使用同步加速器,團隊每年可以在3D打印過程中收集大約500 tb的數(shù)據(jù),他們想利用這些數(shù)據(jù)來進一步挖掘改善3D打印的潛力,但就目前來看,工程師認為還只做了小小的一點事情。
如果勞斯萊斯可以利用研究成果來改善增材制造過程,最終3D打印會變得更快、更便宜、更高質,發(fā)動機的性能也將提高,CO2的排放也將減少,起飛和著陸也將更安靜。
延伸閱讀:勞斯萊斯與A*Star及SAESL合作 斥資6000萬成立航空3D打印實驗室
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