Ako používať technológiu tlače kovov na výrobu komplexných štruktúr výmeny tepla?

1. Technický princíp prechádza cez geometrické limity tradičnej výroby
Kovová 3D tlačVyrába diely podľa vrstiev kovového prášku alebo drôtu. Jeho hlavnou výhodou je, že dokáže vytvárať komplikované vnútorné kanály, tenké - stenované štruktúry a návrhy optimalizácie topológie, ktoré iné metódy nemôžu. Napríklad tím výroby aditív v laboratóriu Jihua Laboratory používal technológiu selektívneho laserového topenia (SLM) na vytvorenie výmenníka tepla lietadla (FCOC) o 80% pri prenose tepla a o 52% menej pravdepodobné, že stratí tlak. Táto štruktúra má špirálové mikrokanály a biomimetickú mriežku na podporu. Je ťažké urobiť tieto druhy dizajnov znova pomocou tradičného spájkovania alebo difúzneho spojenia, pretože nemôžu vyrobiť tenké - stenuté časti, ktoré sú hrubé menšie ako 0,3 mm.
Najbežnejším spôsobom, ako v súčasnosti vyrábať komplikované výmenníky tepla, je technológia topenia práškového lôžka (PBF), ktorá zahŕňa topenie SLM a elektrónového lúča (EBM). Napríklad IN718 Nickel - zliatiny výmenníka tepla vytlačené s EP - M300 pre projekt „Desotion“, spolupráca medzi Temistth a China Yijia 3D, bola vytvorená bez akýchkoľvek únikov. Plutvy boli hrubé 0,15 mm a steny boli hrubé 0,5 mm. Bolo to možné vďaka technológii EBM, ktorá znížila tradičný proces spájkovania z niekoľkých týždňov na 130 hodín a zvýšila využitie materiálu zo 45% na 82%.
2. Optimalizácia dizajnu: Presun zo skúseností - založený na Data -
Pri navrhovaní komplikovaných systémov výmeny tepla musíte premýšľať o tom, ako budú fungovať termodynamicky, ako sa budú tekutiny pohybovať a aké silné budú. Tradičné metódy dizajnu používajú empirické vzorce a pokus a chyby na nájdenie najlepšieho riešenia. Technológia kovovej 3D tlače na druhej strane používa topológiu optimalizáciu a generatívny dizajn na výrazné rozširovanie priestoru navrhovania.
Technológia na optimalizáciu topológie
Napríklad softvér OQTON 3DXPERT má modul simulácie fyzikálneho poľa viacerých fyzikálnych polí, ktorý dokáže automaticky urobiť najlepšie interné rozloženie kanálov v závislosti od faktorov, ako je hustota tepelného toku, strata tlaku a štrukturálne napätie. Napríklad pri navrhovaní tekutého výmenníka tepla pre dátové centrum, program zefektívnil tepelnú výmenu o 35% a hmotnosť ľahšiu o 28% zmenou uhla kanála (15 stupňov na 45 stupňov) a priemerom stĺpika mriežky (0,2 až 0,8 mm).
Konštrukcia mriežky, ktorá napodobňuje prírodu
Štruktúra vošnej a vaskulárnej siete v prírode poskytujú nápady, ako vytvárať výmenníky tepla. Chladič zliatiny Aditive Analytics 'Copper Lateloy používa oktaedrálne mriežkové jednotky a získa dynamickú rovnováhu medzi tepelnou vodivosťou a štrukturálnou pevnosťou zmenou hustoty jednotky (5% až 30% pórovitosť). Podľa experimentálnych údajov tento návrh zvyšuje plochu povrchu o 2,3 krát a znižuje tepelný odpor na 1/5 toho, čo je v štandardných plutvových vzoroch s rovnakým objemom.
Dizajn mikrokannelu a chaotickej konvekcie
Technológia Microchannel robí oblasť prenosu tepla väčšou tým, že tekuté kanály zmenšujú (menej ako 1 mm). Dizajn chaotického konvekcie robí tekutinu turbulentnejšou usporiadaním kanálov nerovnomerným spôsobom. Napríklad systémový výmenník CPS v Confluxe má mikrokanály, ktoré pravidelne rozširujú a kontraktujú (s šírkou kanála v rozsahu od 0,1 do 0,5 mm), čo zvyšuje číslo Nusselt (NU) o 40% a znižuje pokles tlaku iba o 12%.
3. Výber materiálov: Výkon a proces musia fungovať dobre.
Materials used in complex heat exchange structures must meet tight standards, such as having a high thermal conductivity (>100 W/m · k), je odolný voči korózii a je možné ju použiť v 3D tlači. Najbežnejšie materiálové systémy sú práve teraz:
Hliníková zliatina, ako je alsi10mg
Vďaka svojej nízkej hmotnosti (2,7 g/cm3) a mierna tepelná vodivosť (180 W/m · k) z neho robia najlepší chladiaci systém pre moderné batérie energetických vozidiel. Platinum BLT - S1500 Machine vytlačí výmenník tepla z hliníka, ktorý je o 40% ľahší kvôli svojej vnútornej štruktúre mriežky. Má tiež pevnosť výťažku 280 MPa po tepelnom ošetrení T6.
Zliatiny medi, napríklad CUCRZR a CUNI2SICR, majú veľmi vysokú tepelnú vodivosť (401 W/m · k), ale v procese SLM nefungujú dobre, pretože tak dobre odrážajú svetlo (rýchlosť absorpcie laseru<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 - založený vysoký - zliatiny teploty, ako In718
V leteckom poli sa IN718 stal základným materiálom pre zložky horúcich koncov kvôli svojej vysokej pevnosti (σ b> 1100MPa) a oxidačnému odporu pri 650 stupňoch. Temistth znížil rýchlosť trhlín IN718 výmenníka tepla z 12% na 0,3% jemným - ladením parametrov procesu EBM (rýchlosť skenovania 1200 mm/s a hrúbka vrstvy 50 μm), aby sa splnili prísne štandardy pre letecké motory.
4. Implementácia procesu: Úplné riadenie celého procesu, od tlače do príspevku - spracovanie
Je ťažké vytvoriť sofistikované štruktúry výmeny tepla s kovovou 3D tlačou z dôvodu troch hlavných technických problémov: vytváranie podporných štruktúr, kontrola zvyškového napätia a zlepšenie kvality povrchu.
Algoritmus na vytváranie inteligentnej podpory
Navrhovanie tradičných podporných systémov ručne môže ľahko spôsobiť tenkú deformáciu -. Program OQTON 3DXPERT aplikuje techniku ​​optimalizácie podpory založenej na strojovom učení, ktorá dokáže automaticky zostaviť strom ako podporná štruktúra, minimalizovať množstvo podporného materiálu o 60%a regulovať tenkú - deformáciu v rámci 0,05 mm pomocou miestneho šifrovacieho návrhu.
Technológia na kontrolu zvyškového stresu
Rýchle laserové topenie môže generovať teplotný gradient, ktorý môže ľahko rozbiť vrstvy. „Optimalizácia stratégie skenovania SLM Solutions„ Substrát “technológia skenovania“ znižuje zvyškový napätie výmenníka tepla IN718 o 55% a jeho rýchlosť trhlín o 0,1% predhrievaním substrátu na 200 stupňov a využitím skenovacej dráhy šachovnice.
Proces na zlepšenie kvality povrchu
Drsnosť povrchu 3D tlače (RA väčšia alebo rovná 6 μm) bude oveľa menej účinná pri výmene tepla. Proces „Chemické leštenie+elektrochemické obrábanie“ spoločnosti Jizhan Technology môže spôsobiť, že povrchy hliníkových zliatinových výmenníkov zliatiny hliníkovej zliatiny sú menej drsné (do RA0,4 μm) a prostredníctvom makroštruktúrneho leptania pridajú o 15% vyššiu plochu povrchu. To vedie k celkovému zlepšeniu účinnosti prenosu tepla 22%.
5. Priemyselné použitie: Prechádzanie z laboratória do veľkej výroby
Technológia kovovej výmeny tepla 3D tlače urobila veľké pokroky v počte vysokých - value - pridané polia:
pole letectva
3D tlačený olejový chladič vytvorený skupinou Safran pre motory Leap zvyšuje povrch výmeny tepla o 40% a šetrí hmotnosť o 30% prostredníctvom dizajnu biomimetickej vaskulárnej siete a dosahuje veľkú {- výrobu 2000 jednotiek ročne pomocou technológie EBM.
Pokiaľ ide o nové energetické autá
Nio's 3D - tlačená doska na chladenie batérie má vo vnútri malé kanály, ktoré udržiavajú teplotný diferenciál pod ± 1 stupňom. Vďaka tomu je batéria posledná o 15% dlhšia ako štandardné metódy pečiatky a zvárania a znižuje čas vývoja z 12 mesiacov na 4 mesiace.
Pole na rozptyl elektronického tepla
3D vytlačený medený chladič spoločnosti Intel používa fraktálny strom - Rovnako ako dizajn mikrokannelu, aby udržal teplotu čipu pod 85 stupňov pri hustote tepelného toku 100 W/cm². Vďaka tomu je pri chladení o 40% účinnejšia ako štandardné systémy tepelných potrubí.