Bagaimana cara menggunakan teknologi pencetakan logam untuk memproduksi struktur pertukaran panas yang kompleks?

1. Prinsip teknis melewati batas geometris manufaktur tradisional
Pencetakan 3D logammembuat bagian dengan membangun lapisan bubuk logam atau kawat. Keuntungan utamanya adalah dapat membuat saluran interior yang rumit, tipis - struktur berdinding, dan desain optimasi topologi yang tidak bisa dilakukan metode lain. Misalnya, tim manufaktur aditif di Jihua Laboratory menggunakan teknologi selektif laser laser (SLM) untuk membuat penukar panas bahan bakar minyak (FCOC) yang lebih efisien dalam mentransfer panas dan 52% lebih kecil kemungkinannya kehilangan tekanan. Struktur ini memiliki saluran mikro spiral dan kisi biomimetik untuk dukungan. Sulit untuk membuat desain semacam ini lagi menggunakan pengikatan tradisional atau ikatan difusi karena mereka tidak dapat membuat bagian berdinding - tipis yang tebal kurang dari 0,3 mm.
Cara paling umum untuk membuat penukar panas yang rumit saat ini adalah dengan teknologi bubuk lebur (PBF), yang meliputi SLM dan elektron balok peleburan (EBM). Misalnya, in718 nikel - Inti penukar panas paduan berbasis dicetak dengan EP - M300 peralatan untuk proyek "Desolition", kolaborasi antara Temisth dan China Yijia 3D, dibuat tanpa kebocoran. Siripnya tebal 0,15mm dan dindingnya tebal 0,5mm. Ini dimungkinkan berkat teknologi EBM, yang memotong proses membakar tradisional dari beberapa minggu menjadi 130 jam dan meningkatkan pemanfaatan material dari 45% menjadi 82%.
2. Optimasi Desain: Bergerak dari Pengalaman - Berdasarkan data - berbasis
Saat merancang sistem pertukaran panas yang rumit, Anda perlu memikirkan bagaimana mereka akan bekerja secara termodinamik, bagaimana cairan akan bergerak melaluinya, dan seberapa kuat mereka. Metode desain tradisional menggunakan rumus empiris dan coba -coba untuk menemukan solusi terbaik. Teknologi pencetakan 3D logam, di sisi lain, menggunakan optimasi topologi dan desain generatif untuk sangat memperluas ruang desain.
Teknologi untuk Mengoptimalkan Topologi
Misalnya, perangkat lunak OQTON 3DXPERT memiliki modul simulasi bidang fisika multi - yang secara otomatis dapat membuat tata letak saluran internal terbaik tergantung pada faktor -faktor seperti kepadatan fluks panas, kehilangan tekanan, dan tekanan struktural. Misalnya, ketika merancang penukar panas dingin cair untuk pusat data, program membuat pertukaran panas lebih efisien sebesar 35% dan lebih ringan berat sebesar 28% dengan mengubah sudut saluran (15 derajat menjadi 45 derajat) dan diameter pilar kisi (0,2 menjadi 0,8 mm).
Konstruksi kisi yang meniru alam
Struktur sarang lebah dan jaringan vaskular di alam memberikan ide untuk cara membuat penukar panas. Radiator paduan tembaga analitik aditif menggunakan unit kisi oktahedral dan mendapatkan keseimbangan dinamis antara konduktivitas termal dan kekuatan struktural dengan mengubah kerapatan unit (porositas 5% hingga 30%). Menurut data eksperimental, desain ini meningkatkan luas permukaan sebesar 2,3 kali dan menurunkan ketahanan panas hingga 1/5 dari apa yang ada dalam desain bersirip standar dengan volume yang sama.
Desain microchannel dan konveksi kacau
Teknologi microchannel membuat area perpindahan panas lebih besar dengan membuat saluran cairan lebih kecil (kurang dari 1 mm). Desain konveksi yang kacau membuat cairan lebih bergejolak dengan mengatur saluran dengan cara yang tidak rata. Misalnya, penukar panas sistem CPS Conflux memiliki saluran mikro yang mengembang dan berkontraksi secara teratur (dengan lebar saluran mulai dari 0,1 hingga 0,5 mm), yang meningkatkan jumlah Nusselt (NU) sebesar 40% dan menurunkan penurunan tekanan hanya 12%.
3. Memilih Bahan: Kinerja dan proses harus bekerja dengan baik.
Materials used in complex heat exchange structures must meet tight standards, such as having a high thermal conductivity (>100 W/M · K), tahan terhadap korosi, dan dapat digunakan dalam pencetakan 3D. Sistem materi yang paling umum saat ini adalah:
Paduan aluminium, seperti ALSI10MG
Beratnya rendah (2,7g/cm³) dan konduktivitas termal sedang (180 W/m · k) menjadikannya sistem pendingin terbaik untuk baterai kendaraan energi modern. Mesin Platinum BLT - S1500 mencetak penukar panas paduan aluminium yang 40% lebih ringan karena struktur kisi internalnya. Ini juga memiliki kekuatan luluh 280 MPa setelah perlakuan panas T6.
Paduan tembaga, seperti Cucrzr dan Cuni2sicr, memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi (401 W/M · K), tetapi mereka tidak bekerja dengan baik dalam proses SLM karena memantulkan cahaya dengan baik (tingkat penyerapan laser laser<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 - Berbasis High - Paduan suhu, seperti in718
Di bidang kedirgantaraan, IN718 telah menjadi bahan inti untuk komponen ujung panas karena kekuatannya yang tinggi (σ b> 1100MPa) dan resistensi oksidasi pada 650 derajat. Temisth telah menurunkan laju retak dari penukar panas IN718 dari 12% menjadi 0,3% dengan halus - Menyetel parameter proses EBM (kecepatan pemindaian 1200mm/s dan ketebalan lapisan 50 μ m) untuk memenuhi standar ketat untuk mesin penerbangan.
4. Implementasi Proses: Kontrol penuh atas seluruh proses, dari pencetakan hingga memposting - pemrosesan
Sulit untuk membuat struktur pertukaran panas yang canggih dengan pencetakan 3D logam karena tiga masalah teknis utama: membuat struktur pendukung, mengendalikan tegangan residual, dan meningkatkan kualitas permukaan.
Algoritma untuk membuat dukungan cerdas
Merancang sistem dukungan tradisional dengan tangan dapat dengan mudah menyebabkan deformasi berdinding {0} {{0} {{0 {0 {0 {0 {0 {0 Program OQTON 3DXPERT menerapkan teknik optimisasi dukungan berbasis pembelajaran mesin, yang secara otomatis dapat membangun pohon seperti struktur pendukung, meminimalkan jumlah bahan dukungan sebesar 60%, dan mengatur deformasi berdinding tipis - dalam 0,05mm menggunakan desain enkripsi lokal.
Teknologi untuk mengendalikan stres residual
Peleburan laser yang cepat dapat menghasilkan gradien suhu yang dapat dengan mudah memecahkan lapisan. Teknologi "Substrat Substrat Solutions Solutions+Substrat+Pemindaian Optimalisasi Strategi" Teknologi Menurunkan tekanan residual penukar panas IN718 sebesar 55% dan laju retak sebesar 0,1% dengan memanaskan substrat hingga 200 derajat dan menggunakan jalur pemindaian papan kotak -kotak.
Proses untuk meningkatkan kualitas permukaan
Kekasaran permukaan pencetakan 3D (RA lebih besar dari atau sama dengan 6 μ m) akan membuatnya jauh lebih efisien dalam menukar panas. Proses "pemolesan kimia pemolesan+elektrokimia" Jizhan Technology dapat membuat permukaan penukar panas paduan aluminium kurang kasar (ke RA0.4 μ m) dan menambahkan 15% lebih banyak luas permukaan melalui etsa struktur mikro. Ini mengarah pada peningkatan keseluruhan 22% dalam efisiensi perpindahan panas.
5. Penggunaan Industri: Bergerak dari Lab ke Produksi Skala Besar -
Teknologi pertukaran panas pencetakan 3D logam telah membuat langkah besar di sejumlah nilai - tinggi - tambahan:
Bidang Aerospace
Pendingin minyak cetak 3D yang dibuat oleh Safran Group untuk mesin lompatan meningkatkan permukaan pertukaran panas sebesar 40% dan menghemat berat sebesar 30% melalui desain jaringan vaskular biomimetik, dan mencapai produksi skala {{3} {3} yang besar sebesar 2000 unit per tahun dengan teknologi EBM.
Ketika datang ke mobil energi baru
3D NIO - Plat pendingin baterai yang dicetak memiliki saluran kecil di dalamnya yang menjaga diferensial suhu di bawah ± 1 derajat. Ini membuat baterai bertahan 15% lebih lama dari metode stamping dan pengelasan standar dan memotong waktu pengembangan dari 12 bulan menjadi 4 bulan.
Bidang disipasi panas elektronik
Intel's 3D cetak heat sink menggunakan pohon fraktal - seperti desain microchannel untuk menjaga suhu chip di bawah 85 derajat pada kepadatan fluks panas 100W/cm². Ini membuatnya 40% lebih efisien dalam pendinginan daripada sistem pipa panas standar.