Kaip užtikrinti metalo spausdinimo medžiagų šilumos laidumą?

一, Medžiagos sistema: Viršutinė šilumos laidumo riba nustatoma pagal vidines savybes
Metalo medžiagų atominė struktūra ir elektroninės judesio savybės lemia jų šilumos laidumą. Sidabras (AG) ir vario (Cu) yra du termiškai laidūs grynieji metalai, tuo tarpu aliuminis (Al) išpopuliarėjo aviacijos ir kosmoso sektoriuje dėl savo lengvos pobūdžio. Lydėjimas atsirado kaip esminė strategija, siekiant sustiprinti bendrą našumą, nes vienas metalas yra sudėtingas, kad patenkintų sudėtingų veikimo aplinkybių poreikius.
1. Lydiniai, pagrįsti vario: pusiausvyra tarp stiprumo ir gero šilumos laidumo
Cr2NB lavos fazių armatūros pridėjimas prie NASA - sukūrė GRCOP - 42 (Cu-4Cr-2NB) ir GRCOP-84 (Cu-8CR-4NB) vario lydiniai padidina jų tempimo stiprumą, kad būtų daugiau nei 400mPA, o išsaugo jų gryną vario šulinį. Palyginti su įprastais vario lydiniais, eksperimentiniai duomenys rodo, kad GRCOP-42, pagamintas naudojant lazerinio miltelių lovos lydymosi (LBF) procesą, padidėja 15% šilumos laidumas ir gali išlaikyti stabilų šilumos laidumą esant 500–800 laipsnių temperatūrai. Pagrindiniai šios medžiagos pranašumai, kurie buvo plačiai naudojami raketų variklių regeneracinėje aušinimo degimo kameroje, yra:
Mikrostruktūros valdymas: L - PBF proceso aukštas aušinimo greitis (10 ⁴ -10 ⁶ k/s) sumažina elektronų judesio sklaidą, patikslinant CR2NB fazės dydį iki nanoskalės lygio;
Kompozicijos vienodumas: užkirsdamas kelią šilumos laidumo pokyčiams, kuriuos sukelia vietinė segregacija, dujų atomizacijos miltelių technologija garantuoja vienodą CR ir NB elementų pasiskirstymą vario matricoje.
2.NELLOYS, GYDYTAS ALUMINUMAS: Šilumos laidumo ir lengvo derinys
Plačiausiai naudojamas aliuminio lydinys 3D spausdinime yra ALSI10 mg, kurio šilumos laidumas yra maždaug 120 W/(m · k). Dėl 2,7 g/cm³ tankio pranašumo jis yra tobula medžiaga naujoms energijos transporto priemonių akumuliatorių radiatoriams ir palydovinėms šiluminio valdymo sistemoms. Šios strategijos gali būti naudojamos siekiant maksimaliai padidinti Alsi10mg komponentų, pagamintų naudojant selektyvaus lazerio lydymosi (SLM) procesą, šilumos laidumą:
Miltelių dalelių dydžio kontrolė: Naudojant smulkius 15–45 μm miltelius, šilumos laidumas gali padidinti 10%, sumažinti poringumą ir pagerinti lydymosi baseino sklandumą;
Šilumos apdorojimo procedūra: Nanoskalės SI fazę galima nusodinti T6 kietuoju tirpalu ir senėjimo apdorojimu, gerinant kietumą ir stabilizuojant šilumos laidumą 115–125W/(M · k) diapazone.
2, Proceso parametrai: šilumos laidumo kontrolė mikrostruktūra
Be pačios medžiagos, proceso parametrų gylis taip pat turi įtakos metalo 3D spausdinimo šilumos laidumui. Pakeisdami lydymosi baseino formą, aušinimo greitį ir likutinį įtempių pasiskirstymą, kintamieji, tokie kaip lazerio galia, skenavimo greitis ir sluoksnio storis, pavyzdžiui, daro tiesioginę įtaką komponento šilumos laidumui L - PBF procese.
1. Lazerio parametrų optimizavimas: lydymosi baseino stabilumas ir šilumos laidumo kelias yra subalansuotas.
NASA mokslininkai, spausdindami „GRCOP-42“ vario lydinį, atrado:
Lazerio galia: Išlydyto baseino plotis auga 20%, kai galia padidėja nuo 200 W iki 300W. Kita vertus, jei naudojama per daug energijos, vario elementai gali išgaruoti, sukuriant mikroporus ir sumažinant šilumos laidumą 8%;
Scanning speed: increasing the speed from 800 mm/s to 1200 mm/s results in a 15% increase in interlayer bonding strength, a refinement of the Cr2Nb phase size to less than 50 nm, and a 12% increase in thermal conductivity. The cooling rate also increases from 10 ⁵ K/s to 10 ⁶ K/s. A 20% reduction in equivalent thermal conductivity can occur from overly thick layer thicknesses (>100 μm), kuris gali kliudyti šilumos praėjimui tarp sluoksnių.
2. Multimaterialinis spausdinimas: tikslus šilumos laidumo valdymas sąveikoje
Vienas iš pagrindinių kliūčių spausdinant plieninius vario dvigubos medžiagos komponentus yra šilumos laidumas sąsajoje. Tyrimai atskleidžia:
Sąsajos parametrų dizainas: Šilumos difuzija pliene - vario sąsaja gali būti padidinta 50%, keičiant lazerio energijos tankį nuo 50J/mm³ iki 80J/mm³. Senstantis terminis apdorojimas: Vienos valandos senėjimo gydymas 520 laipsniais gali pašalinti bet kokį likusį stresą sąsajoje ir dar labiau padidinti šiluminį difuziją 30%, priartinant jį prie 80% grynų vario medžiagų.
3, Struktūrinis dizainas: Topologijos optimizavimas išskiria šilumos laidumo potencialą
Pagrindinis 3D spausdinimo pranašumas yra jo sugebėjimas sukurti sudėtingas struktūras, kurių neįmanoma gaminti naudojant įprastus metodus. Komponentų šilumos laidumo efektyvumą galima žymiai padidinti naudojant biomimetinių projektavimo ir topologijos optimizavimo metodus.
1. Biomimetinių grotelių struktūra: padidėjęs šilumos išsklaidymo efektyvumas ir specifinis paviršiaus plotas
Šilumos šilumos kriauklių šilumos išsklaidymo plotą galima padidinti 300%, naudojant oktaedrinės gardelės struktūrą, o šiluminis atsparumas gali būti sumažintas 40%, optimizuojant grotelių strypo skersmenį (nuo 0,5 mm iki 0,3 mm). Remiantis eksperimentiniais duomenimis, ALSI10MG - spausdinta grotelių šilumos kriauklė gali trigubai padidinti LED gyvenimo trukmę, esant 10W galiai, o jo jungties temperatūra - nuo 120 laipsnių iki 85 laipsnių.
2. Atsitiktinis aušinimo kanalas: nukreipto šilumos srauto laidumo pasiekimas
0,8 mm skersmens konforminio aušinimo vandens kanalas gali būti suprojektuotas naudojant 3D spausdinimo technologiją injekcijų pelėsių gamyboje, padidinant pelėsių temperatūros vienodumą 50% ir sumažinant aušinimo laiką 40%. Naudojant automobilio buferio formą kaip pavyzdį, ciklo laikas gali būti sumažintas nuo 60 sekundžių iki 35 sekundžių, o gamybos vienam gabalui kaina gali būti sumažinta 0,8 juanio, optimizuojant aušinimo kanalo išdėstymą.
4, Post - apdorojimas: pašalinkite trūkumus ir atleiskite potencialų šilumos laidumą
3D spausdintų komponentų šilumos laidumui didelę įtaką daro jų vidinis poringumas ir paviršiaus šiurkštumas. Kaip iliustraciją naudojant vario lydinio GRCOP-42:
Gydymas karštu izostatiniu presavimu (HIP): poringumas gali būti sumažintas nuo 0,5% iki 0,02%, o šilumos laidumas padidėjo 8% po dviejų valandų gydymo 120 MPa ir 500 laipsnių. Cheminis poliravimas: paviršiaus šiurkštumas sumažėjo nuo Ra10 μm iki Ra0,8 μm, o kontaktinis šiluminis atsparumas sumažėjo 60% po poliravimo azoto rūgšties hidrofluoro rūgšties mišriu tirpalu.