GE渦輪葉片上打印高溫陶瓷傳感器的專利獲批

　　在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，空氣被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)前部，由旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)壓縮，并與燃料混合?；旌衔锶紵?，熱氣通過安裝在軸上的渦輪機(jī)排放出來。氣體的流動(dòng)使得渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)和風(fēng)扇。熱廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)的后部流動(dòng)，推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)前進(jìn)。

　　燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃燒氣體的溫度可能超過3000F。此外，渦輪機(jī)組件可能會(huì)遇到壓力/或各種應(yīng)力使其加速老化。雖然可以使用各種工具在相對標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境中來測量葉片的工作狀態(tài)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪部件還是可能會(huì)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(yīng)變傳感器在檢測葉片的運(yùn)行方面具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢。

　　2017年1月17日GE獲得批準(zhǔn)的專利中，公開了用于制造渦輪機(jī)部件上的應(yīng)變傳感器的方法。該方法包括渦輪部件的外部表面規(guī)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(jiān)測渦輪部件的方法，該方法包括形成至少兩個(gè)參考點(diǎn)的應(yīng)變傳感器。

　　應(yīng)變傳感器的陶瓷粉體通過自動(dòng)化的3D打印增材制造工藝沉積到葉片表面上，陶瓷材料可以包括熱障涂層如氧化釔及穩(wěn)定的氧化鋯。而一些特殊的渦輪部件位置上則不需要熱障涂層。

　　而完成應(yīng)變傳感器的制造則需要不同設(shè)備之間的配合，包括氣溶膠噴射機(jī)(例如，Optomec氣溶膠和透鏡系統(tǒng))、微噴機(jī)(如Ohcraft或nScrypt公司的微筆或3Dn)，以及 MesoScribe Technologies技術(shù)公司的等離子噴涂設(shè)備MesoPlasma。

　　Optomec氣溶膠噴射技術(shù)用于感應(yīng)器的制造是被證明的成熟技術(shù)，之前斯旺西大學(xué)的研究人員就通過Optomec氣溶膠噴射技術(shù)直接打印應(yīng)變和光學(xué)蠕變傳感器，用在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)葉片表面上。使用激光檢測系統(tǒng)和光學(xué)測量的傳感器，研究人員能夠確定一個(gè)組件的蠕變程度在10納米以內(nèi)。威爾士打印和涂層中心研究人員(WCPC)認(rèn)為這使得葉片的狀況可以被監(jiān)測，且提高燃油效率以及提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度。

　　打印傳感器的過程開始于用霧發(fā)生器霧化納米銀導(dǎo)電墨水，先是通過流空氣動(dòng)力學(xué)誘導(dǎo)沉積頭，產(chǎn)生鞘氣環(huán)狀流。通過噴嘴對準(zhǔn)基板以同軸流量集中噴射。材料的圖案是通過數(shù)控命令來完成的，而在基板保持固定的同時(shí)，沉積頭和基板之間的距離保持不變，以確保的材料準(zhǔn)確的沉積。

　　油墨沉積后，再經(jīng)過熱處理，使得傳感器具有正確的導(dǎo)電性和機(jī)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(jié)果是高質(zhì)量的薄膜，細(xì)如10納米的邊緣定義帶來高性能的表現(xiàn)。

　　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(shí)候是穩(wěn)定的，他們也正在開發(fā)的納米鉑墨水高溫構(gòu)件(1200攝氏度)。如果獲得成功將具有十分的意義，因?yàn)閭鞲衅鞯臏囟认拗剖呛娇蘸教旃I(yè)的一個(gè)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(shù)的過程中發(fā)現(xiàn)了這項(xiàng)技術(shù)的市場潛力。從而通過其GE Venture Capital搶占在投資市場上的先機(jī)，而隨著GE此項(xiàng)專利的獲批，Optomec技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用空間進(jìn)一步被大開，GE Venture Capital的投資回報(bào)率更加明晰。小編認(rèn)為GE通過下游應(yīng)用端對前沿技術(shù)的嘗試，在打造其產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)業(yè)務(wù)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。

　　小編認(rèn)為相信隨著GE申請此項(xiàng)技術(shù)的專利獲批，我們將會(huì)看到GE將渦輪葉片上打印高溫陶瓷傳感器技術(shù)用于實(shí)際的生產(chǎn)，而傳感器將被廣泛應(yīng)用到如汽車，消費(fèi)電子，工業(yè)自動(dòng)化，電信，建筑自動(dòng)化，航空航天和國防，醫(yī)療，鐵路領(lǐng)域。尤其是在消費(fèi)類電子設(shè)備領(lǐng)域需求潛力很大，如移動(dòng)電話，媒體播放器，智能電視，家庭影院系統(tǒng)，數(shù)碼相機(jī)，洗衣機(jī)，可穿戴設(shè)備，游戲設(shè)備等?；蛟S，下一步會(huì)有更多的類似專利產(chǎn)生，而我們離全面物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代又更進(jìn)一步了。