Κράματα αλουμινίου για τρισδιάστατη εκτύπωση εναλλάκτη θερμότητας

Η πρόοδος στην τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει αλλάξει τον τρόπο κατασκευής των εναλλάκτη θερμότητας. Πολύπλοκα και ελεύθερα σχέδια που δεν μπορούν να υλοποιηθούν με παραδοσιακούς τρόπους κατασκευής μπορούν εύκολα να πραγματοποιηθούν μέσω της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Η βελτιωμένη απόδοση ανταλλαγής θερμότητας και το μειωμένο βάρος, όγκος και κόστος κατασκευής είναι άλλα πλεονεκτήματα που μπορεί να προσφέρει η τρισδιάστατη εκτύπωση. Ωστόσο, τα υλικά είναι ένα άλλο βασικό στοιχείο για την τρισδιάστατη εκτύπωση με εναλλάκτη θερμότητας.

Πρόσφατα, ένας κορυφαίος εγχώριος κατασκευαστής υλικών εκτύπωσης 3D από κράμα αλουμινίου κυκλοφόρησε στην αγορά ένα υλικό εκτύπωσης 3D από κράμα αλουμινίου υψηλής θερμικής αγωγιμότητας. Το προϊόν ονομάζεται HC 200 για να δείξει την εξαιρετικά υψηλή θερμική του αγωγιμότητα τουλάχιστον 200W/(m·K).

Η αρχή της θερμικής αγωγιμότητας μετάλλων, τα υλικά και τα εγγενή ελαττώματα της τρισδιάστατης εκτύπωσης

Η ουσία της αγωγιμότητας θερμότητας μετάλλου είναι ότι υπάρχουν ελεύθερα κινούμενα ηλεκτρόνια μέσα στο μέταλλο. Όταν ένα μέρος του μετάλλου δέχεται θερμότητα, η ενέργεια των ελεύθερων ηλεκτρονίων στο θερμαινόμενο τμήμα αυξάνεται, η κίνηση εντείνεται και συγκρούονται συνεχώς με μεταλλικά ιόντα για να ανταλλάξουν ενέργεια, μεταφέροντας έτσι θερμότητα από το ένα μέρος στο άλλο. Προκειμένου τα μέταλλα να αποκτήσουν υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα, είναι απαραίτητο να απαιτούνται τα ηλεκτρόνια να είναι «ανεμπόδιστα» μέσα στο μέταλλο, δηλαδή να υπάρχουν αρκετά ελαττώματα μέσα στο μεταλλικό υλικό και να υπάρχει μικρότερη παρεμπόδιση από ακαθαρσίες ή άλλες φάσεις. Αυτό θέτει πολύ υψηλές απαιτήσεις για τον έλεγχο της σύνθεσης και τη διαδικασία προετοιμασίας των υλικών.

Μεταξύ των υλικών από κράμα αλουμινίου, οι ποιότητες με υψηλή θερμική αγωγιμότητα (ειδικά υψηλότερη από 200) είναι πολύ περιορισμένες και το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο είναι το κράμα αλουμινίου 6063. Το 6063 είναι ένα παραμορφωμένο κράμα αλουμινίου της σειράς AlMg, τα κύρια στοιχεία κράματος περιλαμβάνουν Al, Mg, Cr, Cu, Si, κ.λπ. Η θερμική του αγωγιμότητα είναι υψηλότερη από 200 W/(m K), γενικά 210, και έχει αντοχή διαρροής όχι λιγότερο από 160 MPa και επιμήκυνση 8 τοις εκατό μετά από θερμική επεξεργασία T6. Και το 6063 έχει καλή πλαστικότητα και μπορεί να ανοδιωθεί, επομένως είναι το υλικό επιλογής για διάφορους τύπους καλοριφέρ. Σε άλλες υπάρχουσες ποιότητες υλικών από κράμα αλουμινίου, η θερμική αγωγιμότητα δεν είναι μεγαλύτερη από 200. Επειδή το καθαρό αλουμίνιο δεν περιέχει άλλα στοιχεία κράματος, η θερμική του αγωγιμότητα φτάνει τα 230W/(m·K).

Αν και το κράμα αλουμινίου 6063 είναι ένα πολύ καλό υλικό, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας για τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων. Το κράμα είναι ένα παραμορφωμένο κράμα αλουμινίου, το οποίο είναι κατάλληλο για τη διαδικασία χύτευσης, αλλά δεν είναι κατάλληλο για τη διαδικασία εκλεκτικής τήξης λέιζερ SLM 3D εκτύπωσης με υψηλό ρυθμό ψύξης. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι όταν η σκόνη κράματος 6063 εκτυπωθεί με τη διαδικασία SLM, θα υπάρχουν μεγάλες και μικρές μικρορωγμές και το υλικό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Προς το παρόν, ορισμένοι ερευνητές προσπαθούν να κάνουν τα κράματα 6063 εκτυπώσιμα τροποποιώντας τη σύνθεση ή προσθέτοντας νανο-φάσεις και έχουν επιτύχει κάποια αποτελέσματα, αλλά δεν έχουν διατεθεί στο εμπόριο.

Επί του παρόντος, το υλικό AlSi10Mg χρησιμοποιείται ευρέως στην αγορά. Αν και η θερμική του αγωγιμότητα έχει φτάσει τα 140W/(m·K), για εφαρμογές που απαιτούν υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα, το AlSi10Mg είναι ανίσχυρο.

Το κράμα αλουμινίου με τρισδιάστατη εκτύπωση με απαγωγή θερμότητας υψηλής απόδοσης έχει κάνει μια σημαντική ανακάλυψη

Προκειμένου να αναπτυχθούν εκτυπώσιμα υλικά τρισδιάστατης εκτύπωσης από κράμα αλουμινίου με υψηλή θερμική αγωγιμότητα και υψηλή απόδοση, η εγχώρια ομάδα έχει αφιερώσει περισσότερο από ένα χρόνο ανεξάρτητης έρευνας και ανάπτυξης και τελικά πραγματοποίησε επιτυχώς τα διπλά διακόσια (η θερμική αγωγιμότητα υπερβαίνει τα 200 W/(m K) και η αντοχή σε εφελκυσμό είναι υψηλότερη από 200MPa) Ανάπτυξη υλικού αλουμινίου υψηλής θερμικής αγωγιμότητας HC 200. Ο παρακάτω πίνακας είναι μια σύγκριση των ιδιοτήτων του υλικού των HC200, 6063 και AlSi10Mg:

Με την εξαιρετικά υψηλή του απόδοση, αυτό το υλικό είναι κατάλληλο για ελαφριά και πολύπλοκα δομικά ή λειτουργικά μέρη που έχουν υψηλές απαιτήσεις για απαγωγή θερμότητας και είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη νέων ψυκτών θερμότητας (ειδικά ψύκτρες μικροκαναλιών). Με καινοτόμες λύσεις υλικών, σε συνδυασμό με τα τεχνικά πλεονεκτήματα της μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης, ελπίζουμε να συμβάλουμε στην ανάπτυξη προϊόντων νέων καλοριφέρ.

Εάν ενδιαφέρεστε για το HC 200 με μεσαία και υψηλή θερμική αγωγιμότητα και υψηλή αντοχή, η JR λάνσαρε μια υπηρεσία εκτύπωσης για αλουμίνιο υψηλής θερμικής αγωγιμότητας. Ανυπομονούμε να συνεργαστούμε με πελάτες που ενδιαφέρονται για εκτυπώσιμες λύσεις αλουμινίου υψηλής θερμικής αγωγιμότητας.