3डी प्रिंटिंग तकनीक में हुई प्रगति ने हीट एक्सचेंजर्स के निर्माण के तरीके को बदल दिया है। पारंपरिक विनिर्माण मार्गों द्वारा महसूस नहीं किए जा सकने वाले जटिल और मुक्त डिजाइनों को 3डी प्रिंटिंग के माध्यम से आसानी से महसूस किया जा सकता है। बेहतर ताप विनिमय दक्षता और कम वजन, मात्रा और निर्माण लागत अन्य लाभ हैं जो 3डी प्रिंटिंग पेश कर सकते हैं। हालांकि, हीट एक्सचेंजर 3डी प्रिंटिंग के लिए सामग्री एक और महत्वपूर्ण विचार है।
हाल ही में, एक प्रमुख घरेलू एल्यूमीनियम मिश्र धातु 3डी प्रिंटिंग सामग्री निर्माता ने बाजार में एक उच्च तापीय चालकता एल्यूमीनियम मिश्र धातु 3डी प्रिंटिंग सामग्री जारी की। 200W/(m·K) से कम की अति-उच्च तापीय चालकता दिखाने के लिए उत्पाद को HC 200 नाम दिया गया है।
धातु ताप चालन, सामग्री और 3 डी प्रिंटिंग के अंतर्निहित दोषों का सिद्धांत
धातु ऊष्मा चालन का सार यह है कि धातु के अंदर स्वतंत्र रूप से गतिशील इलेक्ट्रॉन होते हैं। जब धातु का एक हिस्सा गर्मी प्राप्त करता है, तो गर्म हिस्से में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा बढ़ जाती है, गति तेज हो जाती है, और वे ऊर्जा का आदान-प्रदान करने के लिए लगातार धातु के आयनों से टकराते हैं, जिससे गर्मी एक हिस्से से दूसरे हिस्से में स्थानांतरित हो जाती है। धातुओं को उच्च तापीय चालकता प्राप्त करने के लिए, धातु के अंदर इलेक्ट्रॉनों को "निर्बाध" होने की आवश्यकता होती है, अर्थात, धातु सामग्री के अंदर पर्याप्त दोष होने चाहिए, और अशुद्धियों या अन्य चरणों से कम बाधा होनी चाहिए। यह संरचना नियंत्रण और सामग्रियों की तैयारी प्रक्रिया पर बहुत अधिक आवश्यकताओं को सामने रखता है।
एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री में, उच्च तापीय चालकता (विशेष रूप से 200 से अधिक) वाले ग्रेड बहुत सीमित हैं, और सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु है। 6063 एक AlMg श्रृंखला विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातु है, मुख्य मिश्र धातु तत्वों में Al, Mg, Cr, Cu, Si, आदि शामिल हैं। इसकी तापीय चालकता 200 W / (m K) से अधिक है, आमतौर पर 210, और इसकी उपज शक्ति नहीं है 160MPa से कम और T6 ताप उपचार के बाद 8 प्रतिशत का विस्तार। और 6063 में अच्छी प्लास्टिसिटी है और इसे एनोडाइज़ किया जा सकता है, इसलिए यह विभिन्न प्रकार के रेडिएटर्स के लिए पसंद की सामग्री है। एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री के अन्य मौजूदा ग्रेड में, तापीय चालकता 200 से अधिक नहीं है। चूंकि शुद्ध एल्यूमीनियम में अन्य मिश्र धातु तत्व नहीं होते हैं, इसकी तापीय चालकता 230W/(m·K) तक पहुंच जाती है।
हालांकि 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु एक बहुत अच्छी सामग्री है, इसे सीधे धातु 3 डी प्रिंटिंग के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है। मिश्र धातु एक विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातु है, जो कास्टिंग प्रक्रिया के लिए उपयुक्त है, लेकिन उच्च शीतलन दर के साथ एसएलएम चयनात्मक लेजर पिघलने वाली 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया के लिए उपयुक्त नहीं है। अंतिम परिणाम यह है कि जब 6063 मिश्र धातु पाउडर को एसएलएम प्रक्रिया द्वारा मुद्रित किया जाता है, तो बड़ी और छोटी सूक्ष्म दरारें होंगी, और सामग्री का उपयोग नहीं किया जा सकता है। वर्तमान में, कुछ शोधकर्ता रचना को संशोधित करके या नैनो-चरणों को जोड़कर 6063 मिश्र धातुओं को प्रिंट करने योग्य बनाने का प्रयास करते हैं और कुछ परिणाम प्राप्त किए हैं, लेकिन उनका व्यावसायीकरण नहीं किया गया है।
वर्तमान में, AlSi10Mg सामग्री का व्यापक रूप से बाजार में उपयोग किया जाता है। हालांकि इसकी तापीय चालकता बहुत कम 140W/(m·K) तक पहुंच गई है, उच्च तापीय चालकता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, AlSi10Mg शक्तिहीन है।
उच्च प्रदर्शन गर्मी अपव्यय 3 डी प्रिंटिंग एल्यूमीनियम मिश्र धातु ने सफलता हासिल की है
उच्च तापीय चालकता और उच्च प्रदर्शन के साथ मुद्रण योग्य एल्यूमीनियम मिश्र धातु 3 डी प्रिंटिंग सामग्री विकसित करने के लिए, घरेलू टीम ने स्वतंत्र अनुसंधान और विकास के एक वर्ष से अधिक समय बिताया है, और अंत में सफलतापूर्वक दो सौ (तापीय चालकता 200 W / (m) से अधिक का एहसास हुआ। K) और तन्य शक्ति 200MPa से अधिक है) HC 200 उच्च तापीय चालकता एल्यूमीनियम सामग्री विकास। निम्न तालिका HC200, 6063 और AlSi10Mg के भौतिक गुणों की तुलना करती है:
सामग्री | तन्यता ताकत (एमपीए) | नम्य होने की क्षमता (एमपीए) | बढ़ाव | ऊष्मीय चालकता (W/M.K) | मुद्रण योग्यता |
6063 | 190 | 160 | 8 प्रतिशत | 210 | प्रिंट करने योग्य नहीं |
ऐसी10mg | 300 | 200 | 10 प्रतिशत | 140 | छापने योग्य |
एचसी200 | 210 | 130 | 25 प्रतिशत | 204 | छापने योग्य |
अपने अति-उच्च प्रदर्शन के साथ, यह सामग्री हल्के और जटिल संरचनात्मक या कार्यात्मक भागों के लिए उपयुक्त है, जिसमें गर्मी लंपटता के लिए उच्च आवश्यकताएं हैं और विशेष रूप से नए हीट सिंक (विशेष रूप से माइक्रो-चैनल हीट सिंक) के डिजाइन और विकास के लिए उपयुक्त हैं। नवीन सामग्री समाधानों के साथ, धातु 3डी प्रिंटिंग के तकनीकी लाभों के साथ, हम नए रेडिएटर्स के उत्पाद विकास में योगदान करने की उम्मीद करते हैं।
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