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(duì)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(fèi)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(shí)機(jī)再好不過了,，因?yàn)楦���,、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(shí)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(xiàng)目中做到了這一點(diǎn),。 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(jì)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(dòng)機(jī)，其中一個(gè)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(dòng)了對(duì)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(diǎn)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(gè)例子，當(dāng)您查看發(fā)動(dòng)機(jī)橫截面時(shí),，其中一個(gè)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(shí)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(shí),，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(shí),，你需要增加管道來橋接其間的空間,，這樣就會(huì)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(gè)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(gè)工藝參數(shù),。因此,，當(dāng)我們開發(fā)流程時(shí),，我們會(huì)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(yùn)營(yíng)區(qū)域,？我們?cè)趨^(qū)域外時(shí)會(huì)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(gè)熱交換器，并且你有一個(gè)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(gè)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(gè)型號(hào)處理還是只有一臺(tái)專用于該過程的機(jī)器？
這是個(gè)有趣的問題,！我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn),，來自同一制造商的兩臺(tái)不同的機(jī)器，甚至在同一臺(tái)機(jī)器上,，從一個(gè)地點(diǎn)到另一個(gè)位置,，都存在著機(jī)器對(duì)機(jī)器的變化。

因此,，這是我們?cè)诮M織中關(guān)注的一個(gè)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(huì)影響您的材料選擇嗎？
確實(shí)如此,，因?yàn)槟壳翱捎糜诮饘僭霾闹圃斓暮辖鹬饕�是鎳基合��,、鈦合金，�?dāng)然,，高強(qiáng)度鋁合金也會(huì)出現(xiàn),。對(duì)于這個(gè)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(jì)如何影響你的設(shè)計(jì)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(fèi)的,�,！边@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(jì)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(gè)概念開始，去設(shè)計(jì)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(gè)部分,。因此，當(dāng)我們將這種方法應(yīng)用于熱交換器時(shí),，我們也從設(shè)計(jì)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(gè)問題：如何定位熱交換器,，以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),？壓降熱處理怎么樣？目前,，對(duì)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(duì)背的比較中,，我們能夠在相同的性能下實(shí)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(gè)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(gè)程序來定制它,。因此,，當(dāng)我們做薄翅片時(shí),，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(gè)換熱器芯中實(shí)現(xiàn)完全致密的無缺陷翅片,。

來源：3D打印商情