Turbin gas hemat energi dari printer 3D
Energy

Turbin gas hemat energi dari printer 3D


Neutron bisa “melihat” menembus logam. Oleh karena itu difraksi neutron merupakan metode yang ideal untuk mengukur tegangan sisa di dalam komponen yang dibuat oleh manufaktur aditif. Gambar menunjukkan struktur kisi dalam posisi pengukuran pada difraktometer tegangan sisa STRESS-SPEC di Research Neutron Source Heinz Maier-Leibnitz dari Technical University of Munich. Kredit: Dr. Tobias Fritsch / BAM

Pencetakan 3D telah membuka berbagai kemungkinan yang benar-benar baru. Salah satu contohnya adalah produksi ember turbin baru. Namun, proses pencetakan 3D sering kali menyebabkan tekanan internal pada komponen, yang dalam kasus terburuk dapat menyebabkan keretakan. Sekarang tim peneliti telah berhasil menggunakan neutron dari sumber neutron penelitian Technical University of Munich (TUM) untuk deteksi non-destruktif dari tekanan internal ini — pencapaian kunci untuk peningkatan proses produksi.

Bucket turbin gas harus tahan terhadap kondisi ekstrem: Di bawah tekanan tinggi dan pada suhu tinggi, bucket tersebut terkena gaya sentrifugal yang luar biasa. Untuk lebih memaksimalkan hasil energi, bucket harus menahan suhu yang sebenarnya lebih tinggi dari titik leleh material. Ini dimungkinkan dengan menggunakan ember turbin berlubang yang didinginkan udara dari dalam.

Ember turbin ini dapat dibuat dengan menggunakan fusi bed bubuk laser, sebuah teknologi pembuatan aditif: Di sini, bahan starter dalam bentuk bubuk dibangun lapis demi lapis dengan peleburan selektif dengan laser. Mengikuti contoh tulang burung, struktur kisi yang rumit di dalam ember turbin berongga menyediakan bagian dengan stabilitas yang diperlukan.

Proses pembuatan menciptakan tekanan internal pada material

“Komponen kompleks dengan struktur rumit seperti itu tidak mungkin dibuat menggunakan metode manufaktur konvensional seperti pengecoran atau penggilingan,” kata Dr. Tobias Fritsch dari Institut Federal Jerman untuk Penelitian dan Pengujian Material (BAM).

Turbin gas hemat energi dari printer 3D

Menggunakan remote control Dr. Tobias Fritsch membawa struktur kisi ke posisi pengukuran yang benar dalam difraktometer tegangan sisa STRESS-SPEC di Research Neutron Source Heinz Maier-Leibnitz dari Technical University of Munich. Kredit: Dr. Michael Hofmann

Tetapi masukan panas laser yang sangat terlokalisasi dan pendinginan cepat dari kolam lelehan menyebabkan tegangan sisa pada material. Pabrikan biasanya menghilangkan tekanan seperti itu dalam langkah perlakuan panas hilir, yang membutuhkan waktu dan karenanya membutuhkan uang.

Sayangnya, tekanan ini juga dapat merusak komponen sejak proses produksi hingga pasca pemrosesan. “Stres dapat menyebabkan deformasi dan dalam kasus terburuk menyebabkan retakan,” kata Tobias Fritsch.

Oleh karena itu, ia menyelidiki komponen turbin gas untuk tegangan internal menggunakan neutron dari Sumber Neutron Penelitian Heinz Maier-Leibnitz (FRM II). Komponen tersebut dibuat dengan menggunakan proses produksi aditif oleh produsen turbin gas Siemens Energy.

Pasca-pemrosesan sengaja dihilangkan

Untuk percobaan neutron di FRM II, Siemens Energy mencetak struktur kisi yang hanya berukuran beberapa milimeter menggunakan paduan nikel-krom yang biasa digunakan untuk komponen turbin gas. Perlakuan panas biasa setelah produksi sengaja dihilangkan.

Turbin gas hemat energi dari printer 3D

Mengikuti contoh tulang burung, struktur kisi yang rumit di dalam ember turbin berongga memberikan stabilitas yang diperlukan. Citra 3D dari struktur kisi yang direkonstruksi dari data tomografi sinar-x. Kredit: Dr. Tobias Fritsch / BAM

“Kami ingin melihat apakah kami dapat menggunakan neutron untuk mendeteksi tekanan internal dalam komponen kompleks ini atau tidak,” jelas Tobias Fritsch. Dia sudah mendapatkan pengalaman dengan pengukuran neutron di reaktor riset Berlin BER II, yang ditutup pada akhir 2019.

“Kami sangat senang dapat melakukan pengukuran di Heinz Maier-Leibnitz Zentrum di Garching; dengan peralatan yang disediakan oleh STRESS-SPEC, kami bahkan dapat mengatasi tekanan internal dalam struktur kisi yang serumit dan serumit ini,” kata fisikawan itu.

Distribusi panas yang merata selama pencetakan

Sekarang tim telah berhasil mendeteksi tekanan internal di dalam komponen, langkah selanjutnya adalah mengurangi stres yang merusak ini. “Kami tahu bahwa kami harus memodifikasi parameter proses produksi dan dengan demikian cara komponen dibangun selama pencetakan,” kata Fritsch. Di sini faktor krusial adalah masukan panas dari waktu ke waktu saat membangun lapisan individu. “Aplikasi panas yang lebih terlokalisasi selama proses peleburan, semakin banyak hasil tekanan internal.”

Selama laser pencetak diarahkan pada titik tertentu, panas titik tersebut meningkat relatif terhadap area yang berdekatan. Ini menghasilkan gradien suhu yang menyebabkan ketidakteraturan dalam kisi atom.

“Jadi kami harus mendistribusikan panas serata mungkin selama proses pencetakan,” kata Fritsch. Di masa mendatang, grup akan meneliti situasi dengan komponen baru dan parameter pencetakan yang dimodifikasi. Tim tersebut telah bekerja sama dengan Siemens untuk merencanakan pengukuran baru dengan sumber neutron TUM di Garching.


Memprediksi distorsi dan kinerja suku cadang yang dibuat oleh manufaktur aditif


Informasi lebih lanjut:
Tobias Fritsch et al, Tentang penentuan tegangan sisa dalam struktur kisi yang diproduksi secara aditif, Jurnal Kristalografi Terapan (2021). DOI: 10.1107 / S1600576720015344

Disediakan oleh Universitas Teknik Munich

Kutipan: Turbin gas hemat energi dari printer 3D (2021, 27 April) diambil 27 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-energy-saving-gas-turbines-3d-printer.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HK