Πώς να ελέγξετε τα εσωτερικά κανάλια μιας 3D τυπωμένης πλάκας ψύξης μπαταρίας;

Ένας πελάτης λαμβάνει μια όμορφη πλάκα ψύξης μπαταρίας με τρισδιάστατη εκτύπωση. Το εξωτερικό φαίνεται τέλειο, οι επιφάνειες είναι καθαρές και οι οπές στερέωσης ευθυγραμμίζονται. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της δοκιμής του συστήματος, η ροή του ψυκτικού υγρού είναι χαμηλότερη από την αναμενόμενη, η πτώση πίεσης είναι υψηλότερη από ό,τι επιτρέπει ο σχεδιασμός ή χειρότερα-υπάρχει μια αργή διαρροή. Το πρόβλημα βρίσκεται σχεδόν πάντα μέσα στα κανάλια που κανείς δεν μπορεί να δει. Η υπολειμματική σκόνη, τα στενωμένα περάσματα, οι τραχείς τοίχοι ή η μικρή γεωμετρική παραμόρφωση μπορούν να καταστρέψουν τη θερμική απόδοση ακόμα και όταν το εξωτερικό του εξαρτήματος είναι άψογο. Αυτό το άρθρο εξηγεί γιατί τα εσωτερικά κανάλια είναι τόσο δύσκολο να επιθεωρηθούν, οι πέντε πρακτικές μέθοδοι που είναι διαθέσιμες, πώς να επιλέξετε τον σωστό συνδυασμό, τα ελαττώματα που βρίσκουμε πιο συχνά και ποιες ερωτήσεις πρέπει να κάνετε στον προμηθευτή σας προτού υποβάλετε μια παραγγελία.

Γιατί τα εσωτερικά κανάλια είναι δύσκολο να ελεγχθούν

Η κατασκευή πρόσθετων μετάλλων δημιουργεί πολύπλοκα, σύμμορφα κανάλια ψύξης που δεν μπορεί να παράγει η παραδοσιακή μηχανική κατεργασία. Αυτά τα ίδια κανάλια είναι επίσης οι πιο δύσκολες δυνατότητες επαλήθευσης. Στρίβουν, διακλαδίζονται, αλλάζουν διάμετρο και συχνά τρέχουν βαθιά μέσα στο τμήμα. Μόλις ολοκληρωθεί η κατασκευή, τα κανάλια είναι εντελώς κλειστά. Δεν μπορείτε να βάλετε δαγκάνα ή αισθητήρα CMM μέσα τους.

Τα κοινά ζητήματα κατασκευής επιδεινώνουν το πρόβλημα. Η υπολειμματική σκόνη μπορεί να παραμείνει παγιδευμένη μετά την αποσκόνη. Οι επιφάνειες που-βλέπουν προς τα κάτω τείνουν να είναι πολύ πιο τραχιές από τις επιφάνειες που-βλέπουν προς τα πάνω. Η τοπική υπερθέρμανση ή η ανεπαρκής υποστήριξη μπορεί να προκαλέσει συρρίκνωση ή παραμόρφωση της διατομής-του καναλιού. Ακόμη και μια μικρή μείωση της υδραυλικής διαμέτρου ή μια αύξηση της τραχύτητας της επιφάνειας αυξάνει την αντίσταση ροής και μειώνει την απόδοση μεταφοράς θερμότητας-.

Η θερμική διαχείριση της μπαταρίας δεν συγχωρεί. Έρευνα από το NREL και άλλα εργαστήρια δείχνει ότι οι υψηλές θερμοκρασίες των κυττάρων και οι μεγάλες διαβαθμίσεις θερμοκρασίας επιταχύνουν την εξασθένιση της χωρητικότητας και αυξάνουν τον κίνδυνο θερμικής διαφυγής. Η διατήρηση της συσκευασίας μέσα σε ένα σφιχτό παράθυρο θερμοκρασίας (συχνά περίπου 15–35 μοίρες) είναι κρίσιμη τόσο για τη ζωή όσο και για την ασφάλεια. Μια πλάκα ψύξης της οποίας τα εσωτερικά κανάλια είναι μερικώς μπλοκαρισμένα ή μικρού μεγέθους δεν μπορεί να προσφέρει τη σχεδιασμένη απόρριψη θερμότητας, επομένως ολόκληρο το πακέτο υποφέρει.

5 τρόποι επιθεώρησης εσωτερικών καναλιών

Αξονική σάρωση

Η βιομηχανική αξονική τομογραφία είναι επί του παρόντος η μόνη μη-μη καταστροφική μέθοδος που μπορεί να μετρήσει την πλήρη τρισδιάστατη-γεωμετρία των εσωτερικών καναλιών. Ο σαρωτής δημιουργεί ένα ογκομετρικό σύνολο δεδομένων που αποκαλύπτει υπολειμματική σκόνη, τοπικούς περιορισμούς, διακύμανση πάχους τοιχώματος-και απόκλιση από το μοντέλο CAD. Η τυπική ανάλυση για μεταλλικές πλάκες ψύξης κυμαίνεται από 50 μm έως 100 μm ανάλογα με το μέγεθος του εξαρτήματος και την πυκνότητα του υλικού. Η σάρωση CT για 3D εκτυπωμένα μέρη είναι το χρυσό πρότυπο όταν χρειάζεστε ποσοτική μέτρηση διαστάσεων εσωτερικού καναλιού.

Δοκιμή ροής

Μια ελεγχόμενη ροή νερού ή ψυκτικού ωθείται μέσω των καναλιών με καθορισμένη πίεση ή ρυθμό ροής. Ο μετρούμενος ρυθμός ροής συγκρίνεται με την τιμή σχεδιασμού. Αυτή η δοκιμή είναι γρήγορη, φθηνή και άμεσα σχετική με την απόδοση. Δεν μπορεί να σου πειόπουο περιορισμός είναι ή πόσο έχει αλλάξει η γεωμετρία, αλλά γρήγορα επισημαίνει τα μέρη που θα-δεν εκτελούν.

Δοκιμή πτώσης πίεσης

Οι αισθητήρες πίεσης τοποθετούνται στην είσοδο και την έξοδο ενώ το υγρό ρέει με σταθερό ρυθμό. Μια απροσδόκητα υψηλή πτώση πίεσης σχεδόν πάντα υποδηλώνει απόφραξη, τραχύτητα ή μειωμένη διατομή-. Όπως και η δοκιμή ροής, είναι μη-καταστροφική και φιλική στην παραγωγή-, αλλά δεν δίνει γεωμετρικές λεπτομέρειες.

Βοροσκόπιο / Ενδοσκόπιο

Ένα εύκαμπτο ή άκαμπτο ενδοσκόπιο μπορεί να εισαχθεί σε μεγαλύτερα, σχετικά ευθύγραμμα κανάλια. Η οπτική επιθεώρηση μπορεί να αποκαλύψει υπολείμματα σκόνης, τραχιές επιφάνειες ή υπολείμματα στήριξης. Η μέθοδος περιορίζεται σε προσβάσιμα περάσματα και δεν μπορεί να μετρήσει με ακρίβεια τις διαστάσεις.

Αποκοπή-Ανοίξτε την ενότητα

Τα επιλεγμένα μέρη τεμαχίζονται και οι κομμένες όψεις εξετάζονται με μικροσκόπιο ή οπτικό CMM. Αυτός είναι ο πιο άμεσος τρόπος για να επιβεβαιώσετε τι βλέπουν CT ή δοκιμές ροής, αλλά το τμήμα καταστρέφεται. Συνήθως χρησιμοποιείται μόνο για επικύρωση διεργασίας ή για συσχέτιση πρώτου-άρθρου.

Ποια μέθοδο πρέπει να επιλέξετε;

Για πρωτότυπη και μικρή{0}}επικύρωση παρτίδας, οι περισσότεροι αγοραστές συνδυάζουν αξονική σάρωση σε δείγμα εξαρτημάτων με 100 % ροή ή δοκιμή πτώσης πίεσης-. Στη σειριακή παραγωγή το μείγμα συχνά μετατοπίζεται προς λειτουργικές δοκιμές και περιοδικούς ελέγχους CT. Όταν το σχέδιο απαιτεί αυστηρές εσωτερικές ανοχές ή τα κανάλια είναι πολύ περίπλοκα,Επιθεώρηση καναλιού ψύξηςμε CT παραμένει ο πιο αξιόπιστος τρόπος για να επιβεβαιώσετε τη μέτρηση διαστάσεων εσωτερικού καναλιού.

Κοινά προβλήματα που βρίσκουμε μέσα στα κανάλια

Υπολείμματα σκόνης και απόφραξη– Η ατελής αποσκόνη αφήνει χαλαρή ή μερικώς πυροσυσσωματωμένη σκόνη που περιορίζει τη ροή. Μετά την κατασκευή απαιτούνται διεξοδικά πρωτόκολλα δόνησης, πεπιεσμένου-αέρα ή χημικού καθαρισμού.

Μικρό μέγεθος ή παραμορφωμένα κανάλια– Η συσσώρευση θερμότητας ή η έλλειψη στήριξης μπορεί να συρρικνώσει τη διατομή κατά δεκάδες ή εκατοντάδες μικρά. Η βελτιστοποίηση παραμέτρων της διαδικασίας-και οι καλύτερες στρατηγικές υποστήριξης μειώνουν το πρόβλημα.

Υπερβολική εσωτερική τραχύτητα– Ειδικά οι κάτω-επιφάνειες του δέρματος μπορεί να είναι πολύ τραχιές, αυξάνοντας την πτώση πίεσης. Ο προσανατολισμός της κατασκευής και το γυάλισμα μετά τη{2}}διεργασία (με λειαντική ροή ή χημικό) βελτιώνουν την κατάσταση.

Υποστηρίξτε τα υπολείμματα– Τα εσωτερικά στηρίγματα που δεν αφαιρέθηκαν πλήρως δημιουργούν τοπικά εμπόδια. Η σχεδίαση για αυτο{1}}υποστηριζόμενα κανάλια ή η προσεκτική κατάργηση υποστήριξης είναι απαραίτητη.

Παραλλαγή πάχους τοίχου-– Η τοπική υπερθέρμανση ή η πρόσφυση σε σκόνη μπορεί να κάνει τους τοίχους παχύτερους ή λεπτότερους από ότι έχουν σχεδιαστεί, επηρεάζοντας τόσο την αντοχή όσο και τη θερμική απόδοση.

Κάθε ένα από αυτά τα ελαττώματα μπορεί να περάσει από εξωτερική οπτική επιθεώρηση, αλλά να προκαλέσει υπο-αποκατάσταση ή διαρροή της πλάκας ψύξης μόλις εγκατασταθεί.

Μια πραγματική υπόθεση από το Sunhingstones

Ένας νέος-προμηθευτής ενεργειακών οχημάτων χρειαζόταν μια οικογένεια τρισδιάστατων τυπωμένων πλακών ψύξης μπαταριών από αλουμίνιο με πολύπλοκα ομοιόμορφα κανάλια. Τα πρώτα πρωτότυπα έδειξαν καλές εξωτερικές διαστάσεις αλλά απέτυχαν στη δοκιμή ροής: η μετρούμενη ροή ήταν 18–22 % κάτω από τον στόχο και η πτώση πίεσης ήταν αντίστοιχα υψηλή. Οι αξονικές τομογραφίες αποκάλυψαν υπολειμματική σκόνη σε πολλά κανάλια διακλάδωσης και μειώσεις τοπικών-διατομών έως και 0,3 mm.

Η ομάδα προσάρμοσε τις παραμέτρους λέιζερ και τη στρατηγική σάρωσης για τις κρίσιμες περιοχές καναλιών, εισήγαγε μια ακολουθία αποσκόνης και καθαρισμού με υπερήχους πολλαπλών σταδίων και εφάρμοσε δειγματοληψία CT σε κάθε πλάκα κατασκευής συν 100 % δοκιμή ροής. Μετά το κλείδωμα της διεργασίας-, οι επόμενες παρτίδες πέτυχαν ρυθμούς ροής εντός του 5 % των τιμών σχεδιασμού και πτώσης{5}}πίεσης εντός του καθορισμένου παραθύρου. Η απόδοση διαστάσεων σε κρίσιμα εσωτερικά χαρακτηριστικά αυξήθηκε πάνω από 95 %.

Τι να ρωτήσετε τον προμηθευτή σας πριν παραγγείλετε

Πριν κάνετε μια παραγγελία, ζητήστε σαφείς απαντήσεις στα ακόλουθα σημεία:

Ποιες μέθοδοι επιθεώρησης θα χρησιμοποιηθούν στα εσωτερικά κανάλια (CT, ροή, πτώση πίεσης ή συνδυασμός);

Θα παρασχεθεί αναφορά διαστάσεων ή ανάλυση CT για τα πρώτα- μέρη του άρθρου;

Ποια διαδικασία αποσκόνης και καθαρισμού εφαρμόζεται και πώς επαληθεύεται η υπολειμματική σκόνη;

Μπορεί ο προμηθευτής να εμφανίσει προηγούμενα δεδομένα που συσχετίζουν τα αποτελέσματα CT με την απόδοση ροής ή πτώσης πίεσης-;

Ποια είναι η δυνατότητα διεργασίας για εσωτερικές διαστάσεις καναλιού σε παρόμοια μέρη;

Η επιλογή ενός ικανού κατασκευαστή μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης ή ενός εργοστασίου ψύξης πλάκας μπαταριών που έχει ήδη κατανοήσει αυτά τα ζητήματα, μειώνει τον κίνδυνο καθυστερημένων ανακαλύψεων. Ένας προμηθευτής με εμπειρία στην υπηρεσία Metal 3D Printing Service για εφαρμογές EV Battery θα αντιμετωπίσει την επαλήθευση εσωτερικού καναλιού ως τυπικό μέρος της διαδικασίας και όχι ως εκ των υστέρων σκέψη. Η προσοχή του κλάδου στην ποιοτική επιθεώρηση των εξαρτημάτων ψύξης που κατασκευάζονται με πρόσθετα-συνεχίζει να αυξάνεται καθώς περισσότερες πλατφόρμες EV κινούνται προς τον όγκο παραγωγής.

FAQ

Πώς μπορείτε να ελέγξετε το εσωτερικό ενός 3D εκτυπωμένου τμήματος χωρίς να το κόψετε;
Η κύρια μη-μη καταστροφική μέθοδος είναι η βιομηχανική σάρωση CT, η οποία δημιουργεί έναν πλήρη τρισδιάστατο χάρτη των εσωτερικών καναλιών. Η δοκιμή ροής και η δοκιμή πτώσης{3}}πίεσης παρέχουν λειτουργική επιβεβαίωση χωρίς να καταστρέφουν το εξάρτημα.

Πόσο ακριβής είναι η σάρωση CT για κανάλια ψύξης;
Ανάλογα με το μέγεθος του εξαρτήματος, το υλικό και τις παραμέτρους σάρωσης, ο βιομηχανικός CT συνήθως επιλύει χαρακτηριστικά στην περιοχή 50–100 μm και μπορεί να ποσοτικοποιήσει τη διάμετρο του καναλιού, το πάχος του τοιχώματος και τις υπολειπόμενες θέσεις σκόνης με καλή μετρολογική αξιοπιστία.

Μπορεί μια δοκιμή ροής να αντικαταστήσει τη σάρωση αξονικής τομογραφίας;
Μια δοκιμή ροής επιβεβαιώνει ότι τα κανάλια λειτουργούν όπως απαιτείται, αλλά δεν μπορεί να εντοπίσει το ελάττωμα ή να μετρήσει την πραγματική γεωμετρία. Οι δύο μέθοδοι είναι συμπληρωματικές. πολλά έργα χρησιμοποιούν και τα δύο.

Πώς μπορώ να ξέρω αν η σκόνη είναι ακόμα κολλημένη μέσα στα κανάλια;
Η αξονική τομογραφία είναι ο πιο αξιόπιστος τρόπος ανίχνευσης υπολειμμάτων σκόνης. Οι λειτουργικές δοκιμές πτώσης ροής ή πίεσης-θα επισημάνουν επίσης σοβαρά μπλοκαρίσματα, αλλά η ήπια υπολειμματική σκόνη μπορεί να περάσει τη δοκιμή ροής ενώ μειώνει τη μακροπρόθεσμη- αξιοπιστία.

Προσφέρετε προσαρμοσμένες πλάκες ψύξης σε ποσότητες χονδρικής;
Ναί. Μόλις η διαδικασία επικυρωθεί με CT και λειτουργικές δοκιμές, οι ίδιες παράμετροι και το σχέδιο επιθεώρησης κλιμακώνονται σε όγκους παραγωγής για την προμήθεια χονδρικής πώλησης προσαρμοσμένων πλακών ψύξης.

Είστε έτοιμοι να επαληθεύσετε τα κανάλια της πλάκας ψύξης;

Στείλτε μας το τρισδιάστατο μοντέλο ή το σχέδιό σας. Θα εξετάσουμε τη σχεδίαση του εσωτερικού καναλιού, θα προτείνουμε έναν κατάλληλο συνδυασμό σάρωσης CT και λειτουργικών δοκιμών και θα παρέχουμε ένα σαφές σχέδιο DFM και επιθεώρησης. Η σωστή επαλήθευση του εσωτερικού μιας τρισδιάστατης τυπωμένης πλάκας ψύξης μπαταρίας προστατεύει τόσο τη θερμική απόδοση όσο και το χρονοδιάγραμμα του έργου.