Zliatiny hliníka pre 3D tlač výmenníkov tepla

Pokroky v technológii 3D tlače zmenili spôsob výroby výmenníkov tepla. Komplexné a voľné návrhy, ktoré nie je možné realizovať tradičnými výrobnými cestami, je možné jednoducho realizovať prostredníctvom 3D tlače. Zlepšená účinnosť výmeny tepla a znížená hmotnosť, objem a výrobné náklady sú ďalšie výhody, ktoré môže 3D tlač ponúknuť. Materiály sú však ďalším kľúčovým faktorom pri 3D tlači výmenníka tepla.

Nedávno popredný domáci výrobca 3D tlačového materiálu z hliníkovej zliatiny uviedol na trh vysoko tepelne vodivý 3D tlačový materiál z hliníkovej zliatiny. Produkt je pomenovaný HC 200, aby preukázal svoju ultra vysokú tepelnú vodivosť, ktorá nie je menšia ako 200 W/(m·K).

Princíp vedenia tepla kovu, materiály a vlastné chyby 3D tlače

Podstatou vedenia tepla kovu je, že vo vnútri kovu sú voľne pohyblivé elektróny. Keď časť kovu prijíma teplo, energia voľných elektrónov v ohrievanej časti sa zvyšuje, pohyb sa zintenzívňuje a neustále sa zrážajú s kovovými iónmi, aby si vymieňali energiu, čím sa prenáša teplo z jednej časti na druhú. Na to, aby kovy získali vyššiu tepelnú vodivosť, je potrebné vyžadovať, aby elektróny boli vo vnútri kovu „bez prekážok“, to znamená, že vo vnútri kovového materiálu by malo byť dostatok defektov a mali by tam byť menšie prekážky pre nečistoty alebo iné fázy. To kladie veľmi vysoké požiadavky na kontrolu zloženia a proces prípravy materiálov.

Medzi materiálmi z hliníkových zliatin sú triedy s vysokou tepelnou vodivosťou (najmä vyššou ako 200) veľmi obmedzené a najčastejšie sa používa hliníková zliatina 6063. 6063 je sériovo deformovaná hliníková zliatina AlMg, medzi hlavné legujúce prvky patria Al, Mg, Cr, Cu, Si atď. Jej tepelná vodivosť je vyššia ako 200 W/(m K), všeobecne 210, a má medzu klzu nie menej ako 160 MPa a predĺženie o 8 percent po tepelnom spracovaní T6. A 6063 má dobrú plasticitu a môže byť eloxovaný, takže je to materiál voľby pre rôzne typy radiátorov. V iných existujúcich druhoch materiálov z hliníkových zliatin nie je tepelná vodivosť vyššia ako 200. Keďže čistý hliník neobsahuje iné legujúce prvky, jeho tepelná vodivosť dosahuje 230 W/(m·K).

Hoci je hliníková zliatina 6063 veľmi dobrý materiál, nedá sa priamo použiť na kovovú 3D tlač. Zliatina je deformovaná hliníková zliatina, ktorá je vhodná pre proces odlievania, ale nie je vhodná pre proces selektívnej 3D tlače SLM laserovým tavením s vysokou rýchlosťou chladenia. Konečným výsledkom je, že keď sa prášok zliatiny 6063 vytlačí procesom SLM, vytvoria sa veľké a malé mikrotrhliny a materiál sa nedá použiť. V súčasnosti sa niektorí výskumníci pokúšajú urobiť zliatiny 6063 vytlačiteľné úpravou zloženia alebo pridaním nanofáz a dosiahli určité výsledky, ale neboli komerčne využité.

V súčasnosti je na trhu široko používaný materiál AlSi10Mg. Hoci jeho tepelná vodivosť dosiahla nie nízkych 140W/(m·K), pre aplikácie vyžadujúce vyššiu tepelnú vodivosť je AlSi10Mg bez výkonu.

Vysokovýkonná 3D tlač z hliníkovej zliatiny na odvádzanie tepla urobila prelom

S cieľom vyvinúť tlačiteľné 3D tlačové materiály z hliníkovej zliatiny s vysokou tepelnou vodivosťou a vysokým výkonom domáci tím strávil viac ako rok nezávislého výskumu a vývoja a napokon úspešne zrealizoval dvojstovku (tepelná vodivosť presahuje 200 W/(m K) a pevnosť v ťahu je vyššia ako 200MPa) HC 200 vývoj hliníkového materiálu s vysokou tepelnou vodivosťou. Nasledujúca tabuľka predstavuje porovnanie materiálových vlastností HC200, 6063 a AlSi10Mg:

Vďaka svojmu ultravysokému výkonu je tento materiál vhodný pre ľahké a zložité konštrukčné alebo funkčné diely, ktoré majú vysoké požiadavky na odvod tepla a sú obzvlášť vhodné pre návrh a vývoj nových chladičov (najmä mikrokanálových chladičov). S inovatívnymi materiálovými riešeniami spojenými s technickými výhodami kovovej 3D tlače dúfame, že prispejeme k vývoju produktov nových radiátorov.

Ak máte záujem o HC 200 so strednou a vysokou tepelnou vodivosťou a vysokou pevnosťou, spoločnosť JR spustila tlačovú službu na hliník s vysokou tepelnou vodivosťou. Tešíme sa na spoluprácu so zákazníkmi, ktorí majú záujem o tlačiteľné hliníkové riešenia s vysokou tepelnou vodivosťou.