超前！GE渦輪葉片上列印高溫陶瓷感測器的專利獲批

在燃氣渦輪發動機中，空氣被吸入發動機前部，由旋轉式壓縮機壓縮，並與燃料混合。混合物燃燒，熱氣通過安裝在軸上的渦輪機排放出來。氣體的流動使得渦輪轉動，驅動壓縮機和風扇。熱廢氣從發動機的後部流動，推動發動機和飛機前進。

燃氣渦輪發動機工作時，燃燒氣體的溫度可能超過3000F。此外，渦輪機組件可能會遇到壓力/或各種應力使其加速老化。雖然可以使用各種工具在相對標準的環境中來測量葉片的工作狀態，渦輪發動機的渦輪部件還是可能會遇到更熱和/或更具腐蝕性的工作條件，而不適合這樣的測量工具正常工作。因此，耐高溫和耐腐蝕的陶瓷應變感測器在檢測葉片的運行方面具有很強的技術優勢。

圖片：葉片

3D列印發動機

還有多遠？

2017年1月17日GE獲得批准的專利中，公開了用於製造渦輪機部件上的應變感測器的方法。該方法包括渦輪部件的外部表面規劃，和如何將陶瓷材料沉積到外部表面指定的位置上。專利還公開了一種監測渦輪部件的方法，該方法包括形成至少兩個參考點的應變感測器。

應變感測器的陶瓷粉體通過自動化的3D列印增材製造工藝沉積到葉片表面上，陶瓷材料可以包括熱障塗層如氧化釔及穩定的氧化鋯。而一些特殊的渦輪部件位置上則不需要熱障塗層。

而完成應變感測器的製造則需要不同設備之間的配合，包括氣溶膠噴射機（例如，Optomec氣溶膠和透鏡系統）、微噴機（如Ohcraft或nScrypt公司的微筆或3Dn），以及MesoScribe Technologies技術公司的等離子噴塗設備MesoPlasma。

Optomec氣溶膠噴射技術用於感應器的製造是被證明的成熟技術，之前斯旺西大學的研究人員就通過Optomec氣溶膠噴射技術直接列印應變和光學蠕變感測器，用在噴氣發動機的壓縮機葉片表面上。使用激光檢測系統和光學測量的感測器，研究人員能夠確定一個組件的蠕變程度在10納米以內。威爾士列印和塗層中心研究人員（WCPC）認為這使得葉片的狀況可以被監測，且提高燃油效率以及提高發動機運行溫度。

列印感測器的過程開始於用霧發生器霧化納米銀導電墨水，先是通過流空氣動力學誘導沉積頭，產生鞘氣環狀流。通過噴嘴對準基板以同軸流量集中噴射。材料的圖案是通過數控命令來完成的，而在基板保持固定的同時，沉積頭和基板之間的距離保持不變，以確保的材料準確的沉積。

油墨沉積後，再經過熱處理，使得感測器具有正確的導電性和機械性能。另外局部處理是可能的，使用激光處理工藝，允許使用的材料具有非常低的溫度公差。最終的結果是高質量的薄膜，細如10納米的邊緣定義帶來高性能的表現。

雖然WCPC研究人員正在使用納米銀油墨，這種材料到250攝氏度的時候是穩定的，他們也正在開發的納米鉑墨水高溫構件（1200攝氏度）。如果獲得成功將具有十分的意義，因為感測器的溫度限制是航空航天工業的一個主要問題。

有趣的是Optomec在2015年就獲得了GE和歐特克的投資，看來GE在通過使用Optomec的技術的過程中發現了這項技術的市場潛力。從而通過其GE Venture Capital搶佔在投資市場上的先機，而隨著GE此項專利的獲批，Optomec技術的商業應用空間進一步被大開，GE Venture Capital的投資回報率更加明晰。3D科學谷認為GE通過下游應用端對前沿技術的嘗試，在打造其產業鏈上各個業務單元之間的相輔相成、相互借力方面的水平是很多公司望洋興嘆的。

3D科學谷認為相信隨著GE申請此項技術的專利獲批，我們將會看到GE將渦輪葉片上列印高溫陶瓷感測器技術用於實際的生產，而感測器將被廣泛應用到如汽車，消費電子，工業自動化，電信，建築自動化，航空航天和國防，醫療，鐵路領域。尤其是在消費類電子設備領域需求潛力很大，如行動電話，媒體播放器，智能電視，家庭影院系統，數碼相機，洗衣機，可穿戴設備，遊戲設備等。或許，下一步會有更多的類似專利產生，而我們離全面物聯網的時代又更進一步了。

更多資訊請登陸www.51shape.com

如媒體轉載需加入白名單請將微信公眾號回復至3D科學谷微信公眾號