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AM亦用於延長產品壽命及修復受損的現役組件,例如,位於美國阿拉巴馬州的Anniston陸軍補給站使用AM技術修理Abrams M1坦克的引擎組件,M1坦克引擎(例如,Honeywell AGT1500)在沙漠環境中工作,因此會經歷極端的磨損,而需要較短的維修週期。因為高溫焊接過程所引起的變形效應,使得AGT1500引擎組件難以傳統方法修理,如果使用AM法修理,高度集中的雷射光可將能量及粉末化金屬準確送至待修區域,因此可以降低熱影響區域(Heat Affected Zone,HAZ),而能修理這些引擎組件。

渦輪機引擎組件的修理通常是針對遭受磨耗損害的翼形區域(例如,尖端)或未施加有效疲勞負載的區域(例如壓縮機葉片的某些前緣區域)實施。因為組件設計的趨勢移往整合葉片轉子(Integrally-Bladed-Rotors,IBRs)或槳盤(Blisks或Blade/disk),以降低重量及改善引擎效能,這些組件的修理變成重大議題。在傳統的槳盤中,如果轉檯(Stage)的一個葉片損壞或磨損,其可以合理的價格更換。

材料

使用LEN吹粉系統的價格(美金/kg

使用傳統粉末床系統的價格(美金/kg

Ti-6-4

220-380

2倍以上

不銹鋼

16-25

8倍以上

英高鎳(Inconel)

90

2倍以上

粉末床金屬加式製造(AM)系統的粉末通常僅能由系統供應商提供,其價格通常較吹粉AM系統等量材料貴2-8倍,另外,系統供應商通常會要求大約10kg的最小購買量,使得以粉末床系統建造相同零件的成本明顯要高的多。

但是,如果一個槳盤的翼形損壞或磨損,必須更換整個轉檯,價格相當貴,槳盤的預估製造成本為美金100,000500,000元。因此,其面臨的挑戰是開發有效的修理技術,確保所有的翼形均可修理。在龍頭航太製造商進行多年的製程開發及獨立測試後,AM衍然成為修理槳盤的較佳解決方案。

因為AM的應用廣泛,工業界對該技術的興趣正快速增加,相關製程在許多產業(包括航太、國防、能源及醫療設施等)中被開發及驗證。粉末法是目前最常使用的金屬3D列印,也有使用線狀原料的金屬AM系統,與粉末系統相較,其能以較快的速率沉置材料,但因為需要高能量熱源來熔化線材,所以會增加變形的風險。

兩種最為人習知用於建造零件的粉末AM技術為粉末床法吹粉法,各有其優勢。在粉末床系統中,雷射將一床金屬粉末選擇性熔化並一層層累積成實體零件,在第一層粉末散佈及燒結後,該床再填入第二層粉末並選擇性燒結,重覆此步驟直到零件完全形成,因為最終成品是埋在粉末膏中,在多餘的粉末未去除前,無法看到。在吹粉系統中,製程持續將粉末經由噴嘴吹向高能雷射或其他熱源(例如,電子束)的焦點,生成的熔融金屬池再利用運動控制系統移動,並在自由空間組立零件,當零件一層層形成時,整個過程都看的到。

粉末床法適合製造小而複雜的零件,其可以得到較佳的表面加工。吹粉法適合將材料加至現有的零件(例如,進行修理或混合製造)及建造較大的零件,其可以製得具有優異機械性質的零件。對建造小的金屬組件而言,粉末床機器可用於許多方面,除非須使用功能分級的材料或所要的材料不是粉末床系統常用的材料。建造大的零件或者修理磨損或不良的金屬組件,應該考慮諸如Optomec提供的吹粉機器

(取材自designnews.com 

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