Kako uporabiti tehnologijo kovinskega tiskanja za izdelavo zapletenih struktur za izmenjavo toplote?

1. Tehnično načelo prehaja geometrijske meje tradicionalne proizvodnje
Kovinski 3D tiskanjeNaredi dele z gradnjo plasti kovinskega prahu ali žice. Njegova glavna prednost je, da lahko naredi zapletene notranje kanale, tanke - obzidane strukture in topološke optimizacijske zasnove, ki jih druge metode ne morejo. Na primer, ekipa za proizvodnjo aditivov v Jihua Laboratory je uporabila tehnologijo selektivne laserske taljenja (SLM) za izdelavo toplotnega izmenjevalnika zrakoplova (FCOC), ki je 80% učinkovitejša pri prenosu toplote in 52% manj verjetno izgubi pritisk. Ta struktura ima spiralne mikrokanale in biomimetično rešetko za podporo. Težko je spet narediti tovrstne modele z uporabo tradicionalnega drznega ali difuzijskega vezanja, saj ne morejo narediti tankih - obzidnih delov, ki so debeli manj kot 0,3 mm.
Najpogostejši način za izdelavo zapletenih toplotnih izmenjevalnikov je s tehnologijo taljenja v prahu (PBF), ki vključuje topljenje SLM in elektronske žarke (EBM). Na primer, jedro zlitine zlitine zlitine na osnovi niklja na 718, natisnjeno z EP - M300 Oprema za projekt "pustovanje", sodelovanje med Temisthom in Kitajsko Yijia 3D, je bilo izvedeno brez kakršnih koli puščanj. Plavuti so bili debeli 0,15 mm, stene pa 0,5 mm debele. To je bilo mogoče zahvaljujoč tehnologiji EBM, ki je tradicionalni postopek trganja zmanjšal z nekaj tednov na 130 ur in povečala izkoriščenost materiala s 45% na 82%.
2. Optimizacija oblikovanja: Premik iz izkušenj -, ki temelji na podatkih -
Pri oblikovanju zapletenih sistemov za izmenjavo toplote morate razmišljati o tem, kako bodo termodinamično delovali, kako se bodo tekočine premikale skozi njih in kako močne bodo. Tradicionalne metode oblikovanja uporabljajo empirične formule ter poskuse in napake, da najdejo najboljšo rešitev. Kovinska tehnologija 3D tiskanja po drugi strani uporablja topološko optimizacijo in generativni dizajn za močno razširitev oblikovalskega prostora.
Tehnologija za optimizacijo topologije
Na primer, programska oprema OQTON 3DXpert ima več - simulacijski modul fizike, ki lahko samodejno ustvari najboljše notranje postavitve kanalov, odvisno od dejavnikov, kot so gostota toplotnega toka, izguba tlaka in strukturni stres. Na primer, pri oblikovanju tekočega izmenjevalnika hladnega toplote za podatkovni center je program naredil izmenjavo toplote učinkovitejše za 35%, težo lažjo pa za 28% s spreminjanjem kota kanala (15 stopinj do 45 stopinj) in premera rešetke (0,2 do 0,8 mm).
Konstrukcija rešetke, ki posnema naravo
Struktura satja in vaskularna mreža v naravi dajeta ideje, kako ustvariti toplotne izmenjevalnike. Radiator bakrene zlitine Addive Analytics uporablja oktaedrske rešetke in dobi dinamično ravnovesje med toplotno prevodnostjo in strukturno trdnostjo s spreminjanjem gostote enote (5% do 30% poroznosti). Glede na eksperimentalne podatke ta zasnova poveča površino za 2,3 -krat in zniža toplotno odpornost na 1/5 tistega, kar je v standardnih plavutih modelih z enako količino.
Oblikovanje mikrokanalne in kaotične konvekcije
Tehnologija mikrokanala naredi območje prenosa toplote večje, tako da tekoče kanale manjše (manj kot 1 mm). Kaotična konvekcijska zasnova naredi tekočino bolj burno, tako da kanale razporedi na neenakomeren način. Na primer, Conflux -ov sistemski toplotni izmenjevalec CPS ima mikrokanale, ki se redno širijo in krčijo (pri čemer se širina kanala giblje od 0,1 do 0,5 mm), kar poveča Nusseltovo število (NU) za 40% in znižuje padec tlaka za samo 12%.
3. Izbira materialov: Učinkovitost in postopek morata dobro delovati.
Materials used in complex heat exchange structures must meet tight standards, such as having a high thermal conductivity (>100 w/m · k), ki je odporen proti koroziji in da se lahko uporablja pri 3D tiskanju. Trenutno najpogostejši materialni sistemi so:
Aluminijasta zlitina, kot je ALSI10MG
Njegova nizka teža (2,7 g/cm³) in zmerna toplotna prevodnost (180 w/m · k) omogočata najboljši hladilni sistem za sodobne baterije energijskih vozil. Platinum BLT - S1500 stroj natisne toplotni izmenjevalec aluminijeve zlitine, ki je 40% lažji zaradi svoje notranje strukture rešetke. Prav tako ima trdnost donosa 280 MPa po toplotni obdelavi T6.
Bakrene zlitine, kot sta cucrzr in cuni2sicr, imajo zelo visoko toplotno prevodnost (401 w/m · k), vendar v postopku SLM ne delujejo dobro, ker tako dobro odražajo svetlobo (hitrost absorpcije laserja<5%). The Markforged Metal X system has used the "copper plastic composite wire+degreasing sintering" technology to print copper parts with a purity of over 99.8%. These parts have a thermal conductivity of 380 W/m · K, which makes them good for heat dissipation modules in 5G base stations. CuCrZr alloy is now the most used material for rocket engine cooling channels since it absorbs laser light 18% more quickly.
Nickel - na osnovi visokih - temperaturnih zlitin, kot je in718
Na vesoljskem polju je IN718 postal osnovni material za komponente vročega konca zaradi visoke trdnosti (σ B> 1100MPA) in oksidacijske odpornosti pri 650 stopinjah. Temisth je znižal hitrost razpoke toplotnega izmenjevalnika IN718 z 12% na 0,3% s fino -, ki uglaša parametre procesa EBM (hitrost skeniranja 1200 mm/s in debelina plasti 50 μm), da izpolni stroga standarde za letalske motorje.
4. Izvedba postopka: popoln nadzor nad celotnim postopkom, od tiskanja do obdelave -
Težko je narediti prefinjene strukture izmenjave toplote s kovinskim 3D -tiskanjem zaradi treh glavnih tehničnih težav: izdelave podpornih struktur, nadzor preostalega stresa in izboljšanje kakovosti površine.
Algoritem za pametno podporo
Ročno oblikovanje tradicionalnih podpornih sistemov lahko zlahka povzroči tanko - obzidane deformacije. Program OQTON 3DXpert uporablja tehniko optimizacije podpore, ki temelji na strojnem učenju, ki lahko samodejno konstruira drevo, kot je podporna struktura, zmanjša količino podpornega materiala za 60%in uravnava tanko - obzidane deformacije v 0,05 mm z uporabo lokalne zasnove šifriranja.
Tehnologija za nadzor preostalega stresa
Hitro taljenje laserja lahko ustvari temperaturni gradient, ki lahko zlahka razbije plasti. SLM Solutions "" Tehnologija predgrevanja podlage predgrevanje+optimizacija strategije skeniranja "znižuje preostali stres toplotnega izmenjevalnika IN718 za 55% in njegovo stopnjo razpoke za 0,1% tako, da se podlago predgreva na 200 stopinj in uporabi pot skeniranja na plošči.
Postopek za izboljšanje kakovosti površine
Hrapavost površine 3D tiskanja (RA večja ali enaka 6 μm) bo pri izmenjavi toplote veliko manj učinkovita. Postopek "Kemična poliranja" Jizhan Technology+elektrokemična obdelava "lahko naredi površine toplotnih izmenjevalnikov aluminijevih zlitin manj grobe (do RA0,4 μm) in z mikrostrukturnim jedkanjem dodate še 15% več površine. To vodi do 22 -odstotnega splošnega izboljšanja učinkovitosti prenosa toplote.
5. Industrijska uporaba: prehod iz laboratorija v veliko - proizvodnja lestvice
Metal 3D -tiskarska tehnologija izmenjave toplote je dosegla velike korake v številnih visoki - vrednost - Dodana polja:
polje vesoljskega vesolja
3D -tiskani hladilnik olja, ki ga je ustvarila skupina Safran za prestopne motorje, poveča površino izmenjave toplote za 40% in prihrani težo za 30% z biomimetično zasnovo žilnih omrežij in doseže veliko - proizvodnja lestvice 2000 enot na leto s tehnologijo EBM.
Ko gre za nove energetske avtomobile
Nio's 3D - natisnjena baterijska hladilna plošča ima v sebi drobne kanale, ki ohranjajo temperaturno diferencial pod ± 1 stopinjo. Zaradi tega je baterija 15% daljša od standardnih metod žigosanja in varjenja in skrajša čas razvoja z 12 mesecev na 4 mesece.
Elektronsko polje za odvajanje toplote
Intelov 3D -tiskani bakreni hladilnik uporablja fraktalno drevo -, kot je mikrokanalna zasnova, da ohrani temperaturo čipa pod 85 stopinj pri gostoti toplotnega toka 100 W/cm². Zaradi tega je 40% učinkovitejše pri hlajenju kot standardni sistemi toplotnih cevi.