जटिल गर्मी विनिमय संरचनाओं के निर्माण के लिए धातु मुद्रण तकनीक का उपयोग कैसे करें?

1। तकनीकी सिद्धांत पारंपरिक विनिर्माण की ज्यामितीय सीमाओं को पार कर रहा है
धातु 3 डी मुद्रणधातु पाउडर या तार की परतों का निर्माण करके भागों को बनाता है। इसका मुख्य लाभ यह है कि यह जटिल इंटीरियर चैनल, पतली - दीवारों वाली संरचनाओं, और टोपोलॉजी अनुकूलन डिजाइन बना सकता है जो अन्य तरीके नहीं कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, जिहुआ प्रयोगशाला में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग टीम ने एक विमान ईंधन तेल हीट एक्सचेंजर (FCOC) बनाने के लिए चयनात्मक लेजर पिघलने (SLM) तकनीक का उपयोग किया, जो गर्मी को स्थानांतरित करने में 80% अधिक कुशल है और 52% कम दबाव खोने की संभावना है। इस संरचना में सर्पिल माइक्रोचैनल और समर्थन के लिए एक बायोमिमेटिक जाली है। पारंपरिक टकराने या प्रसार बॉन्डिंग का उपयोग करके इस प्रकार के डिज़ाइन फिर से बनाना कठिन है क्योंकि वे पतली - दीवार वाले भागों को 0.3 मिमी से कम मोटी नहीं बना सकते हैं।
अभी जटिल हीट एक्सचेंजर्स बनाने का सबसे आम तरीका पाउडर बेड पिघलने (पीबीएफ) तकनीक है, जिसमें एसएलएम और इलेक्ट्रॉन बीम पिघलने (ईबीएम) शामिल हैं। उदाहरण के लिए, IN718 निकेल - आधारित मिश्र धातु हीट एक्सचेंजर कोर को "डिसोलिशन" परियोजना के लिए EP - M300 उपकरण के साथ मुद्रित किया गया है, Temisth और चीन Yijia 3D के बीच एक सहयोग, बिना किसी लीक के बनाया गया था। पंख 0.15 मिमी मोटा था और दीवारें 0.5 मिमी मोटी थीं। यह ईबीएम प्रौद्योगिकी के लिए संभव था, जिसने पारंपरिक टकराने की प्रक्रिया को कई हफ्तों से 130 घंटे तक काट दिया और भौतिक उपयोग को 45% से 82% तक बढ़ा दिया।
2। डिजाइन अनुकूलन: अनुभव से आगे बढ़ना - डेटा के आधार पर - आधारित
जटिल गर्मी विनिमय प्रणालियों को डिजाइन करते समय, आपको यह सोचने की आवश्यकता है कि वे थर्मोडायनामिक रूप से कैसे काम करेंगे, कैसे तरल पदार्थ उनके माध्यम से चले जाएंगे, और वे कितने मजबूत होंगे। पारंपरिक डिजाइन के तरीके सबसे अच्छा समाधान खोजने के लिए अनुभवजन्य सूत्र और परीक्षण और त्रुटि का उपयोग करते हैं। दूसरी ओर, मेटल 3 डी प्रिंटिंग तकनीक, डिजाइन स्पेस का विस्तार करने के लिए टोपोलॉजी ऑप्टिमाइज़ेशन और जेनेरिक डिज़ाइन का उपयोग करती है।
टोपोलॉजी के अनुकूलन के लिए प्रौद्योगिकी
उदाहरण के लिए, Oqton 3Dxpert सॉफ्टवेयर में एक मल्टी - भौतिकी क्षेत्र सिमुलेशन मॉड्यूल है जो हीट फ्लक्स घनत्व, दबाव हानि और संरचनात्मक तनाव जैसे कारकों के आधार पर स्वचालित रूप से सबसे अच्छा आंतरिक चैनल लेआउट बना सकता है। उदाहरण के लिए, डेटा सेंटर के लिए लिक्विड कोल्ड हीट एक्सचेंजर को डिजाइन करते समय, प्रोग्राम ने हीट एक्सचेंज को 35% से अधिक कुशल और चैनल कोण (15 डिग्री से 45 डिग्री) और जाली स्तंभ व्यास (0.2 से 0.8 मिमी) को बदलकर 28% तक वजन को हल्का कर दिया।
जाली निर्माण जो प्रकृति की नकल करता है
प्रकृति में हनीकॉम्ब संरचना और संवहनी नेटवर्क हीट एक्सचेंजर्स बनाने के लिए विचार देते हैं। एडिटिव एनालिटिक्स का कॉपर मिश्र धातु रेडिएटर ऑक्टाहेड्रल जाली इकाइयों का उपयोग करता है और यूनिट घनत्व (5% ​​से 30% पोरसिटी) को बदलकर थर्मल चालकता और संरचनात्मक शक्ति के बीच एक गतिशील संतुलन प्राप्त करता है। प्रायोगिक आंकड़ों के अनुसार, यह डिज़ाइन सतह क्षेत्र को 2.3 गुना बढ़ाता है और गर्मी प्रतिरोध को 1/5 तक कम करता है जो एक ही मात्रा के साथ मानक फिन डिज़ाइन में है।
माइक्रोचैनल और अराजक संवहन का डिजाइन
माइक्रोचैनल तकनीक तरल चैनलों को छोटा (1 मिमी से कम) बनाकर हीट ट्रांसफर क्षेत्र को बड़ा बनाती है। अराजक संवहन डिजाइन चैनलों को असमान तरीके से व्यवस्थित करके द्रव को अधिक अशांत बनाता है। उदाहरण के लिए, Concelux के CPS सिस्टम हीट एक्सचेंजर में माइक्रोचैनल्स होते हैं जो नियमित रूप से (0.1 से 0.5 मिमी तक चैनल की चौड़ाई के साथ) का विस्तार और अनुबंध करते हैं, जो कि Nusselt संख्या (NU) को 40% तक बढ़ाता है और दबाव ड्रॉप को केवल 12% तक कम करता है।
3। सामग्री चुनना: प्रदर्शन और प्रक्रिया दोनों अच्छी तरह से काम करनी चाहिए।
Materials used in complex heat exchange structures must meet tight standards, such as having a high thermal conductivity (>100 w/m · k), जंग के प्रतिरोधी होने के नाते, और 3D प्रिंटिंग में उपयोग करने में सक्षम होने के नाते। अभी सबसे आम सामग्री प्रणाली हैं:
एल्यूमीनियम मिश्र धातु, जैसे alsi10mg
इसका कम वजन (2.7g/cm and) और मध्यम तापीय चालकता (180 w/m · k) इसे आधुनिक ऊर्जा वाहन बैटरी के लिए सबसे अच्छा शीतलन प्रणाली बनाते हैं। प्लैटिनम बीएलटी - S1500 मशीन एक एल्यूमीनियम मिश्र धातु हीट एक्सचेंजर प्रिंट करती है जो इसकी आंतरिक जाली संरचना के कारण 40% हल्का है। यह T6 गर्मी उपचार के बाद 280 MPa की उपज ताकत भी है।
CUCRZR और CUNI2SICR की तरह कॉपर मिश्र धातुओं में बहुत उच्च तापीय चालकता (401 w/m · k) होती है, लेकिन वे SLM प्रक्रिया में अच्छी तरह से काम नहीं करते हैं क्योंकि वे प्रकाश को अच्छी तरह से दर्शाते हैं (लेजर अवशोषण दर (लेजर अवशोषण दर<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.
निकेल - आधारित उच्च - तापमान मिश्र, in718 की तरह
एयरोस्पेस क्षेत्र में, IN718 अपनी उच्च ताकत (σ B> 1100mpa) और 650 डिग्री पर ऑक्सीकरण प्रतिरोध के कारण गर्म अंत घटकों के लिए मुख्य सामग्री बन गया है। Temisth ने IN718 हीट एक्सचेंजर की दरार दर को 12% से 0.3% तक कम कर दिया है, जो - EBM प्रक्रिया मापदंडों (1200 मिमी/s की स्कैनिंग गति और 50 μ मीटर की परत की मोटाई) को ट्यूनिंग करके विमानन इंजन के लिए सख्त मानकों को पूरा करने के लिए है।
4। प्रक्रिया कार्यान्वयन: पूरी प्रक्रिया पर पूर्ण नियंत्रण, मुद्रण से लेकर पोस्ट - प्रसंस्करण तक
तीन मुख्य तकनीकी समस्याओं के कारण धातु 3 डी प्रिंटिंग के साथ परिष्कृत गर्मी विनिमय संरचनाएं बनाना कठिन है: समर्थन संरचनाएं बनाना, अवशिष्ट तनाव को नियंत्रित करना और सतह की गुणवत्ता में सुधार करना।
स्मार्ट समर्थन बनाने के लिए एल्गोरिथ्म
हाथ से पारंपरिक समर्थन प्रणालियों को डिजाइन करने से आसानी से पतला - दीवारों की विरूपण हो सकता है। OQTON 3DXPERT प्रोग्राम एक मशीन लर्निंग आधारित समर्थन अनुकूलन तकनीक को लागू करता है, जो स्वचालित रूप से समर्थन संरचना जैसे पेड़ का निर्माण कर सकता है, 60%तक समर्थन सामग्री की मात्रा को कम कर सकता है, और स्थानीय एन्क्रिप्शन डिजाइन का उपयोग करके 0.05 मिमी के भीतर पतली - दीवारों की विरूपण को विनियमित कर सकता है।
अवशिष्ट तनाव को नियंत्रित करने के लिए प्रौद्योगिकी
रैपिड लेजर पिघलने से एक तापमान ढाल उत्पन्न हो सकता है जो आसानी से परतों को तोड़ सकता है। एसएलएम सॉल्यूशंस की "सब्सट्रेट प्रीहीटिंग+स्कैनिंग स्ट्रैटेजी ऑप्टिमाइज़ेशन" तकनीक IN718 हीट एक्सचेंजर के अवशिष्ट तनाव को 55% तक कम करती है और इसकी दरार दर 0.1% तक सब्सट्रेट को 200 डिग्री तक प्रीहीट करके और एक चेकरबोर्ड स्कैनिंग पथ को नियोजित करती है।
सतह की गुणवत्ता में सुधार के लिए प्रक्रिया
3 डी प्रिंटिंग की सतह की खुरदरापन (6 μ मीटर से अधिक या बराबर आरए) इसे गर्मी के आदान -प्रदान में बहुत कम कुशल बना देगा। Jizhan Technology की "केमिकल पॉलिशिंग+इलेक्ट्रोकेमिकल मशीनिंग" प्रक्रिया एल्यूमीनियम मिश्र धातु हीट एक्सचेंजर्स की सतहों को कम खुरदरा (RA0.4 μ m तक) बना सकती है और माइक्रोस्ट्रक्चर नक़्क़ाशी के माध्यम से 15% अधिक सतह क्षेत्र जोड़ सकती है। यह गर्मी हस्तांतरण दक्षता में 22% समग्र सुधार की ओर जाता है।
5। औद्योगिक उपयोग: लैब से बड़े - स्केल प्रोडक्शन तक जाना
मेटल 3 डी प्रिंटिंग हीट एक्सचेंज तकनीक ने उच्च - मान - जोड़े गए फ़ील्ड में बड़ी प्रगति की है:
एयरोस्पेस का क्षेत्र
LEAP इंजन के लिए Safran Group द्वारा बनाया गया 3D मुद्रित तेल कूलर हीट एक्सचेंज की सतह को 40% तक बढ़ाता है और बायोमिमेटिक संवहनी नेटवर्क डिजाइन के माध्यम से 30% तक वजन बचाता है, और EBM प्रौद्योगिकी के साथ प्रति वर्ष 2000 यूनिट के बड़े - स्केल उत्पादन को प्राप्त करता है।
जब नई ऊर्जा कारों की बात आती है
NIO के 3D - मुद्रित बैटरी कूलिंग प्लेट में इसके अंदर छोटे चैनल होते हैं जो तापमान अंतर को ± 1 डिग्री के तहत रखते हैं। यह मानक स्टैम्पिंग और वेल्डिंग विधियों की तुलना में बैटरी को 15% लंबा बनाता है और विकास के समय को 12 महीने से 4 महीने तक काट देता है।
इलेक्ट्रॉनिक गर्मी अपव्यय क्षेत्र
इंटेल की 3 डी प्रिंटेड कॉपर हीट सिंक एक फ्रैक्टल ट्री का उपयोग करता है - जैसे माइक्रोचैनल डिज़ाइन की तरह चिप तापमान को 85 डिग्री से नीचे 100W/सेमी के हीट फ्लक्स घनत्व पर रखने के लिए। यह मानक हीट पाइप सिस्टम की तुलना में ठंडा होने पर 40% अधिक कुशल बनाता है।