3D 프린팅을 사용하여 제트 엔진 강화

러시아 모스크바 스콜코보 과학기술연구소

Skoltech 엔지니어들은 3D 프린터를 사용하여 이전에 재료 과학에 알려지지 않은 청동-강 합금 샘플을 제작하고 기계적 특성을 조사했습니다. 청동과 강철의 고유한 특성을 혼합한 이 새로운 합금은 항공기 및 로켓 엔진용 연소실을 제조하는 데 사용될 수 있습니다. 이는 극한의 온도를 견딜 수 있는 강철의 능력과 챔버에서 열을 멀리 전도하는 청동의 능력 모두로부터 이익을 얻을 것입니다.

Skoltech Materials의 Igor Shishkovsky 부교수는 "3D 프린팅은 복합재를 구성하는 두 가지 서로 다른 재료의 특성을 부여받은 복합재 부품 제조에 유망합니다."라고 말했습니다. "예를 들어, 강철은 작동 중인 엔진에서 연료 연소로 인해 발생하는 고온에 잘 견딥니다. 이것은 훌륭하지만 청동에 비해 강철은 적당한 열 전도체이므로 엔진 냉각수가 열을 빼낼 수 없습니다. 과열과 손상을 효과적으로 방지합니다. 음, 3D 프린팅을 사용하면 더 나은 온도 관리를 위한 내부의 청동에서부터 구조물을 고정하기 위한 외부의 강철까지 매끄럽게 이어지는 연소실을 제조함으로써 실제로 두 세계의 장점을 최대한 활용할 수 있습니다. 함께."

연구팀은 금속 부품이 생성되는 모든 연속 지점에서 레이저 빔을 통해 분말 성분을 녹이고 융합시키는 직접 레이저 증착이라는 3D 프린팅 기술을 사용하여 청동-강철 합금의 첫 번째 합성을 보고했습니다.

실제로 Skoltech 팀은 두 가지 다른 방식으로 청동과 강철을 결합하여 준균질 합금과 샌드위치 구조를 모두 얻었습니다. 전자의 경우 두 재료가 샘플 전체에 고르게 혼합되어 있는 반면 후자는 0.25mm 두께의 청동과 강철 층이 교대로 배열되어 있습니다. 연구원들은 한 가지 유형의 강철을 사용했지만 합금의 함량을 25%에서 50%까지 다양하게 변경하고 세 가지 다른 일반적인 청동 종류를 실험했습니다.

그 결과, 두 재료가 결함 없이 잘 융합되었음을 확인하고, 청동-강 합금의 구조적, 기계적 특성을 조사하였다. 이를 위해 팀은 아래에서 위로 수직 막대를 키우고 그 모양, 화학 성분 및 미세 구조를 조사했습니다.

"무언가 잘못되면 샘플의 모양이 눈에 띄게 왜곡되거나 3D 프린팅 중에 층으로 부서질 수 있습니다. 이는 일반적으로 사용된 재료가 적합하지 않거나 조건이 올바르게 설정되지 않았음을 의미합니다."라고 Shishkovsky는 말했습니다.

지금까지 아무런 문제도 발견되지 않은 채, 연구진은 샘플의 여러 부분에서 작은 조각을 잘라내어 광학 및 주사 전자 현미경으로 내부 구조를 조사했습니다. 그런 다음 파괴될 때까지 계속되는 샌드위치 복합재의 광범위한 기계적 테스트를 통해 주요 기계적 특성을 얻었습니다.

"이제 우리는 강철과 청동이 합금으로 결합될 수 있고 직접 레이저 증착을 통해 3D 프린팅과 호환된다는 것을 확인했으며 새로운 재료의 기계적 특성을 알고 있으므로 가능한 응용 분야를 탐색할 수 있습니다."라고 연구의 첫 번째 연구원은 말했습니다. 저자 Konstantin Makarenko, 학생, Skoltech Materials. "앞으로는 스콜텍에서 강철-청동 연소실을 제작하고 테스트해보고 싶지만, 그 외에도 다른 품목도 가능하고 다른 금속 조합도 가능합니다.

"다음 단계는 청동으로 만든 냉각 채널을 갖춘 강화된 초합금으로 만든 터빈 블레이드를 만드는 것입니다. 이는 용접이나 다른 접합 없이 하나의 이음매 없는 제품에 두 가지 서로 다른 재료의 장점을 결합하는 것입니다."

자세한 내용은 Skoltech Communications에 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.; +7 495-280-1481.

이 기사는 Tech Briefs Magazine 2023년 6월호에 처음 게재되었습니다.