Nuovo Superalloy Nickel ABD-900AM progettato per la stampa 3D di metallo senza crepe
Negli ultimi decenni, le tecnologie di produzione additiva (AM) hanno introdotto nuove possibilità per la produzione diretta di parti complesse con costi e tempi di consegna molto più brevi rispetto alla produzione convenzionale; tuttavia, i materiali utilizzati in questi processi non sono sempre stati alla pari con la tecnologia. Le superleghe per AM (AM) hanno suscitato interesse in vari settori industriali negli ultimi anni, dall’industria automobilistica all’aerospaziale, all’energia e alle turbine a gas.
La crescente domanda di polveri di superleghe progettato specificamente per AM ha portato Aubert & Duval sussidiaria -a della Divisione leghe ad alte prestazioni del gruppo Eramet con sede a Parigi, e la Francia-UK-based Alloyed -formerly OxMet Technologies-per lanciare l’anno scorso un nuovo lega di nichel ad alta resistenza e alta temperatura chiamata ABD-900AM. Dopo mesi di stampa e test di prototipi e parti, le aziende hanno ospitato una sessione di webinar il 1 ° luglio per evidenziare i vantaggi del materiale ad alte prestazioni. Durante la presentazione, William Dick-Cleland, addetto alla produzione additiva e responsabile dello spazio presso Alloyed, e Adeline Riou, direttore delle vendite globali di Aubert & Duval, hanno introdotto i partecipanti al processo di progettazione e agli usi di ABD-900AM.
Lega in polvere ABD-900AM
Partendo da un profondo tuffo nello sviluppo e nella produzione della lega e finendo con uno sguardo agli esempi del mondo reale, i panelisti hanno coperto molte proprietà del nuovo materiale e hanno promesso di condividere più tardi e mentre l’adozione continua a progredire in diversi settori . Riou ha dato il via al webinar delineando il significato dietro il nome della lega: ABD sta per Alloys-by-Design , che è il nome della piattaforma digitale utilizzata da Alloyed per sviluppare i materiali, mentre 900 si riferisce alla capacità di temperatura della lega in gradi Celsius (1650 ° F).
Dick-Cleland ha quindi aperto la sessione, affermando: “ Perché AM raggiunga il suo potenziale nelle parti a sezione calda, sono necessarie nuove leghe. AM offre una libertà di design senza precedenti; tuttavia, gran parte di quella libertà progettuale viene persa quando il materiale non è adatto al processo. Le leghe di nichel legacy sono state sviluppate per metodi di produzione tradizionali come la fusione o la forgiatura e, di conseguenza, non vi è alcun motivo per cui dovrebbero essere ottimali o adatti al processo AM, si rompono sotto gli estremi gradienti termici e inibiscono l’uso dell’AM come critico parti.”
Secondo il relatore, rispetto alla famiglia tradizionale Inconel nichel cromo sede superleghe , ABD-900AM aumenta la durata parte e consente crepa AM gratuitamente regimi alta temperatura dove altri materiali, come Inconel 718, non sono vitali. Infatti, ABD-900AM è stata la prima lega di nichel ad alte prestazioni progettata specificamente per la produzione senza crepe, consentendo la produzione di parti ad alta temperatura complesse in applicazioni critiche e altamente adatta per parti di turbomacchine, tra cui pistoni, camere di combustione, pale e altro .
ABD-900AM consente una produzione additiva senza crepe rispetto ai materiali Inconel, ideale per applicazioni complesse a parete sottile. Tutti i campioni sono stati stampati con i parametri Inconel 718 su un Renishaw AM400
Ottimizzato per un’elevata resistenza allo scorrimento e alla trazione, ABD-900AM è resistente alla corrosione e all’ossidazione, con una gamma di temperature di esercizio fino a 900 ° C nel suo stato indurito.
“Fin dall’inizio ABD900 è stato progettato per avere la stessa stampabilità dell’Incelel 718 standard del settore poiché non volevamo sacrificare la velocità di costruzione o la complessità delle parti. Abbiamo effettuato convalide sperimentali del confronto tra queste due leghe quando vengono stampate con un set standard di parametri Inconel 718. I risultati mostrano che ABD900 stampa con una grande densità (superiore al 99,9%) e senza alcun microcracking, che è la chiave. Quindi non è necessario per la velocità lenta costruita o post-elaborazione. La grande stampabilità combinata con i controlli laser avanzati ci ha permesso di costruire caratteristiche complesse ad alta risoluzione dalla lega, come reticoli e pareti sottili “, ha affermato Dick-Cleland.
Alloyed afferma che la sua piattaforma algoritmica ABD può prevedere contemporaneamente le prestazioni di milioni di leghe diverse e scegliere la migliore ottimizzazione per una particolare applicazione, riducendo mesi o addirittura anni di costosi tentativi ed errori.
Valutazione delle proprietà meccaniche della lega trattata termicamente Inconel 718 e ABD-900AM dopo l’utilizzo della fusione laser a letto di polvere
La nuova lega di metallo in polvere ha prestazioni molto simili a quelle dell’Inconel 738 a elevate sollecitazioni e vicino all’Inconel 939 a basse sollecitazioni e alle alte temperature. Durante il webinar, Dick-Cleland ha affermato che era particolarmente importante notare che un materiale stampato come ABD-900AM è in grado di competere direttamente e sostituire le leghe di fusione, che fa parte della transizione progettuale che sta iniziando a mostrare in gran parte del gas turbina e industrie simili. Inoltre, ha spiegato che a temperature di circa 760 ° C, le superleghe di nichel possono essere suscettibili di formare fasi TCP intermetalliche che possono essere dannose per le sue proprietà meccaniche . Sottolineando che “mentre sia Inconel 718 che Inconel 718+ perdono forza dopo l’esposizione a temperature elevate, ABD-900AM è eccezionalmente stabile”.
Oltre a conoscere alcune delle proprietà del materiale, i partecipanti hanno anche appreso i suoi usi dal punto di vista delle aziende che richiedono materiali ad alta resistenza per lo sviluppo di parti complesse ad alta temperatura. Verso la fine della presentazione, i partecipanti sono stati guidati attraverso esempi reali di usi di ABD-900AM.
Riou ha fornito approfondimenti sulla progettazione di un impulso a getto in miniatura per aerei modello che è stato prodotto con successo in modo additivo utilizzando ABD-900AM in collaborazione con Volum-e , leader nel mercato francese dei prototipi AM in metallo. Il prototipo di motore a impulsi in miniatura ha una durata maggiore grazie alla resistenza al calore del materiale ed è stato facilmente saldato per l’assemblaggio poiché anche ABD-900AM è saldabile.
Impulso jet in miniatura per aereo moderno stampato con ABD-900AM
Per le parti più grandi, come un prototipo di turbomacchine prodotto in collaborazione con il fornitore francese di alta tecnologia Safran, unità di potenza e sviluppatore di prodotti di stampa 3D in metallo HiETA , nel Regno Unito, gli ingegneri sono stati in grado di convertire un componente di fusione convenzionale con caratteristiche della macchina e canali di raffreddamento in un pezzo AM completo. Dick-Cleland ha sottolineato che la parte finale è stata stampata con grande densità ed è stata trattata termicamente senza problemi come il cracking, che sono comuni quando si utilizza una lega di fusione in questo processo.
Un prototipo di componente di turbomacchine che utilizza ABD-900AM
I partecipanti hanno lasciato il webinar con uno sguardo completo ai fondamenti dell’utilizzo di ABD-900AM. Per decenni le superleghe di nichel Inconel hanno dominato il mercato delle leghe a base di nichel e questo includeva il segmento AM in metallo, ma abbiamo visto nuove composizioni metalliche di aziende leader appositamente progettate per il raccolto AM per offrire risultati migliori. Con così tanti settori che già beneficiano della tecnologia AM in metallo, le nuove creazioni in lega ottimizzate per elevata resistenza allo scorrimento e alla trazione, resistenza alla corrosione, alte temperature e progettate per macchine da stampa 3D in metallo, principalmente tecnologia di fusione a letto di polvere laser , possono aumentare la libertà di progettazione, la stampabilità e autorizzare gli utenti della tecnologia AM a creare parti per le industrie del futuro .