UTC總監(jiān)談增材制造和下一代航空航天

來源：3D打印商情

下一代航空航天技術(shù)對下一代生產(chǎn)技術(shù)提出了更高的要求，而增材制造（AM）是其中的主要技術(shù)——航空航天制造和3D打印自然而然地相輔相成：航空航天工程師需要通過昂貴或難以加工的材料來制造復(fù)雜零件，而通過增材制造，復(fù)雜性是免費的，材料是擠壓或熔合的，而不是必須加工掉。

AM與航空航天之間的合作時機(jī)再好不過了，因為更大、更高效的引擎、顯示器和電子設(shè)備把熱管理要求推向了新的高度。保形冷卻為這一挑戰(zhàn)提供了解決方案，這是沒有3D打印就無法實現(xiàn)的。熱交換器是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，因此使用增材制造來制造共形熱交換器是一種合乎邏輯的舉措。

聯(lián)合技術(shù)公司在UTC專利制造中心（AMCOE）和America Makes之間的聯(lián)合項目中做到了這一點。 UTC工程師專注于開發(fā)一種將熱交換器幾何形狀劃分為關(guān)鍵設(shè)計特征的嚴(yán)格方法，以優(yōu)化粉末床融合過程。

UTC Technologies的增材制造執(zhí)行總監(jiān)Venkat Vedula接受媒體采訪談及很多相關(guān)信息，下面我們來看看。

飛機(jī)的熱管理要求如何變化？
總的來說，無論是車載先進(jìn)電子設(shè)備還是更高效的噴氣發(fā)動機(jī)，其中一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是管理它們產(chǎn)生的熱量。您必須消除從電源板和芯片或燃燒器和渦輪機(jī)組件等源產(chǎn)生的熱量。因此，這極大地推動了對更高和更好性能熱管理系統(tǒng)的需求。這是我們關(guān)鍵的技術(shù)重點領(lǐng)域之一。


熱交換器需要符合更多有限的空間，這是為什么？
舉個例子，當(dāng)您查看發(fā)動機(jī)橫截面時，其中一個挑戰(zhàn)是可用于任何熱管理系統(tǒng)的空間相當(dāng)有限。很多時候，我們僅僅根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的其余部分進(jìn)行約束。因此，過去幾十年的挑戰(zhàn)是，當(dāng)您查看換熱器時，它們通常與您的汽車相似。這些散熱器主要是直線型的，當(dāng)你受限于這種形狀時，你需要增加管道來橋接其間的空間，這樣就會造成效率損失。

UTC案例研究提到缺乏熱交換器增材制造的規(guī)范程序。這是標(biāo)準(zhǔn)化，認(rèn)證還是別的問題？
認(rèn)證肯定是其中的一個要素。但我們發(fā)現(xiàn)使用粉末床融合過程的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是真正了解過程本身。您可能知道，這些機(jī)器通常有大約150個工藝參數(shù)。因此，當(dāng)我們開發(fā)流程時，我們會查看關(guān)鍵流程變量，例如功率、掃描速度、不同掃描策略以及它們?nèi)绾斡绊懖牧腺|(zhì)量。什么是良好的運營區(qū)域？我們在區(qū)域外時會發(fā)生什么？從根本上了解流程本身，以及如何將流程與特定應(yīng)用程序聯(lián)系起來？

3D打印熱交換器

因此，我們所說的處理過程就是當(dāng)你有一個熱交換器，并且你有一個非常薄的翅片，大小為8-10密耳[1密耳= 0.001英寸]，以不同的角度定位在基座上，我們得到無缺陷翅片的最佳掃描參數(shù)是什么，而不需要任何支撐結(jié)構(gòu)？在這方面，我們花了大量的精力來理解過程本身，以及如何應(yīng)用這個應(yīng)用程序，這樣我們就可以在傳熱系數(shù)方面最大限度地提高性能，并將壓降和熱量的重量降到最小。

增材制造設(shè)備之間存在著巨大的差異。您是用多個型號處理還是只有一臺專用于該過程的機(jī)器？
這是個有趣的問題！我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，來自同一制造商的兩臺不同的機(jī)器，甚至在同一臺機(jī)器上，從一個地點到另一個位置，都存在著機(jī)器對機(jī)器的變化。

因此，這是我們在組織中關(guān)注的一個關(guān)鍵部分：去仔細(xì)理解并觀察，這種變化怎么造成的？但我們也有不同的OEM機(jī)器，包括單激光和多激光機(jī)器。

使用增材制造會影響您的材料選擇嗎？
確實如此，因為目前可用于金屬增材制造的合金主要是鎳基合金、鈦合金，當(dāng)然，高強(qiáng)度鋁合金也會出現(xiàn)。對于這個特殊的應(yīng)用，我們專注于鎳基合金，但我們也在開發(fā)鋁合金換熱器。

你能解釋一下AM設(shè)計如何影響你的設(shè)計過程嗎？
我經(jīng)常聽到的一句話是“使用增材制造，復(fù)雜性是免費的。”這種說法是正確的，但我們面臨的主要挑戰(zhàn)之一是我們沒有設(shè)計工具可以為我們提供所謂的端到端工具鏈。也就是說，你可以從一個概念開始，去設(shè)計靈感來減輕重量、結(jié)構(gòu)優(yōu)化諸如此類的東西——并最終能夠構(gòu)建那個部分。因此，當(dāng)我們將這種方法應(yīng)用于熱交換器時，我們也從設(shè)計的角度來看，制造的約束是什么？

正如我之前提到的關(guān)于具有不同方向的薄翅片，您需要什么樣的支撐？還是不需要？結(jié)合所有這些，我們可以成功建立熱交換器。

制造熱交換器是否涉及后處理？
案例研究中的熱交換器內(nèi)部沒有支撐結(jié)構(gòu)，因此唯一需要的后處理只是從外部修剪支撐。重要的是努力解決這個問題：如何定位熱交換器，以實現(xiàn)這一目標(biāo)？壓降熱處理怎么樣？目前，對于鎳基，我們正在進(jìn)行HIP流程。

AM換熱器的尺寸與傳統(tǒng)方法的尺寸相比如何？
在背對背的比較中，我們能夠在相同的性能下實現(xiàn)約20％的尺寸縮減。案例研究提到了工程激光掃描策略，你能告訴我們更多相關(guān)的東西嗎？

個人掃描策略就是我提到的關(guān)于理解過程的內(nèi)容。我們購買的所有機(jī)器都帶有默認(rèn)參數(shù)——比如激光掃描功率或速度——我們可以根據(jù)這個程序來定制它。因此，當(dāng)我們做薄翅片時，我們可以以某種方式定制工藝參數(shù)，以及掃描矢量本身，以在整個換熱器芯中實現(xiàn)完全致密的無缺陷翅片。

來源：3D打印商情