研究者は、中性子を使用して、3Dプリントされた省エネガスタービンの内部応力を検出します

3D印刷は、まったく新しい可能性を切り開いてきました。 一例は、新しいタービンバケットの生産です。 ただし、3D印刷プロセスでは通常、成形品に内部応力が発生し、最悪の場合、亀裂が発生する可能性があります。 現在、研究チームはミュンヘン工科大学（TUM）の中性子源原子炉の中性子を使用して、この内部応力の非破壊検査を実施することに成功しました。これは、製造プロセスを改善する上で重要な成果です。

ガスタービンバケットは、極端な条件に耐える必要があります。それらは高圧および高温の下で巨大な遠心力にさらされます。エネルギー生産をさらに最大化するには、実際に材料の融点を超える温度に耐えることができなければなりません。これは、内部から空冷される中空タービンバケットを使用することで実現できます。



これらのタービンバケットは、積層造形技術であるレーザー粉末床溶融技術を使用して製造できます。ここでは、粉末形態の出発材料が、レーザーの選択的溶融によって層ごとに構築されます。中空タービンバケット内の複雑な格子構造は、部品に必要な安定性を提供します。

このような複雑な構造を持つ複雑な部品は、鋳造やフライス加工などの従来の製造方法では製造できません。ただし、レーザーの高度に局所化された入熱と溶融池の急速な冷却により、材料の残留応力が発生します。メーカーは通常、下流の熱処理ステップでこのストレスを解消しますが、これには時間がかかるため、コストがかかります。残念ながら、これらのストレスは、後処理が発生するまで、製造プロセスの早い段階で発生する可能性があり、部品が損傷する可能性があります。応力は変形を引き起こす可能性があり、最悪の場合、亀裂を引き起こす可能性があります。



したがって、研究者らは、ハインツ-マイヤー-ライプニッツ研究中性子源（FRM II）の中性子を使用して、ガスタービンコンポーネントの内部応力を調査しました。この部品は、ガスタービンメーカーのSiemens Energyによって、添加剤製造プロセスを使用して製造されています。シーメンスエナジーは、FRM IIで中性子実験を行うために、ガスタービン部品に使用される典型的なニッケル-クロム合金を使用して、わずか数ミリメートルのサイズの格子構造を印刷し、中性子を使用して内部を検出できるかどうかを確認しました。この複雑なコンポーネント。ストレス。

チームがコンポーネント内の応力を正常に検出したので、次のステップはこの破壊的な応力を減らすことです。つまり、印刷プロセス中に製造方法を変更するには、製造プロセスのパラメーターを変更する必要があります。ここで重要な要素は、層を構築する際の経時的な入熱です。溶融プロセスでは、熱の局所的な適用が多いほど、より多くの内部応力が発生します。プリンタのレーザーが特定のポイントに向けられている限り、そのポイントの熱は隣接する領域に比べて上昇します。これにより温度勾配が生じ、原子格子に不規則性が生じます。したがって、印刷プロセス中は熱をできるだけ均等に分散させる必要があります。将来的には、チームは新しいコンポーネントと変更された印刷パラメータを使用してこの状況を調査します。チームはすでにシーメンスと協力しており、新しい測定のためにガルヒングのTUM中性子源を使用することを計画しています。