Aluminijske legure za 3D printanje izmjenjivača topline

Napredak u tehnologiji 3D printanja promijenio je način proizvodnje izmjenjivača topline. Složeni i besplatni dizajni koji se ne mogu realizirati tradicionalnim proizvodnim rutama mogu se lako realizirati putem 3D ispisa. Poboljšana učinkovitost izmjene topline i smanjena težina, obujam i troškovi proizvodnje druge su prednosti koje 3D ispis može ponuditi. Međutim, materijali su još jedan ključni faktor za 3D ispis izmjenjivača topline.

Nedavno je vodeći domaći proizvođač materijala za 3D ispis od aluminijske legure na tržište pustio materijal za 3D ispis od aluminijske legure visoke toplinske vodljivosti. Proizvod je nazvan HC 200 kako bi pokazao svoju ultravisoku toplinsku vodljivost od ne manje od 200 W/(m·K).

Princip provođenja topline metala, materijali i inherentni nedostaci 3D printanja

Bit provođenja topline metala je da unutar metala postoje slobodno pokretni elektroni. Kada dio metala primi toplinu, energija slobodnih elektrona u zagrijanom dijelu raste, kretanje se pojačava, a oni se neprestano sudaraju s metalnim ionima radi razmjene energije, prenoseći toplinu s jednog dijela na drugi. Da bi metali dobili veću toplinsku vodljivost, potrebno je zahtijevati da elektroni budu "nesputani" unutar metala, odnosno da unutar metalnog materijala bude dovoljno defekata, te da bude manje smetnji od strane nečistoća ili drugih faza. To postavlja vrlo visoke zahtjeve za kontrolu sastava i proces pripreme materijala.

Među materijalima od aluminijskih legura, stupnjevi s visokom toplinskom vodljivošću (osobito višom od 200) vrlo su ograničeni, a najčešće se koristi legura aluminija 6063. 6063 je deformirana aluminijska legura serije AlMg, glavni legirajući elementi uključuju Al, Mg, Cr, Cu, Si, itd. Njegova toplinska vodljivost je veća od 200 W/(m K), općenito 210, i ima granicu tečenja od manji od 160 MPa i istezanje od 8 posto nakon T6 toplinske obrade. A 6063 ima dobru plastičnost i može se anodizirati, pa je to materijal izbora za razne vrste radijatora. U drugim postojećim klasama materijala od aluminijskih legura, toplinska vodljivost nije veća od 200. Budući da čisti aluminij ne sadrži druge legirajuće elemente, njegova toplinska vodljivost doseže 230 W/(m·K).

Iako je aluminijska legura 6063 vrlo dobar materijal, ne može se izravno koristiti za metalni 3D ispis. Legura je deformirana aluminijska legura, koja je prikladna za postupak lijevanja, ali nije prikladna za SLM proces selektivnog laserskog taljenja 3D ispisa s velikom brzinom hlađenja. Konačni rezultat je da kada se prah legure 6063 tiska SLM postupkom, pojavit će se velike i male mikropukotine i materijal se ne može koristiti. Trenutačno neki istraživači pokušavaju učiniti slitinu 6063 tiskarskom modificiranjem sastava ili dodavanjem nanofaza i postigli su neke rezultate, ali nisu komercijalizirane.

Trenutno se AlSi10Mg materijal široko koristi na tržištu. Iako je njegova toplinska vodljivost dosegla nimalo niskih 140W/(m·K), za aplikacije koje zahtijevaju veću toplinsku vodljivost, AlSi10Mg je nemoćan.

3D ispis aluminijske legure visokih performansi za disipaciju topline napravio je proboj

Kako bi se razvili materijali za 3D ispis od aluminijske legure koji se mogu ispisivati ​​s visokom toplinskom vodljivošću i visokim učinkom, domaći tim proveo je više od godinu dana neovisnog istraživanja i razvoja, te je konačno uspješno realizirao dvostruko dvjesto (toplinska vodljivost prelazi 200 W/(m K) i vlačna čvrstoća veća od 200 MPa) HC 200 razvoj aluminijskog materijala visoke toplinske vodljivosti. Sljedeća tablica je usporedba svojstava materijala HC200, 6063 i AlSi10Mg:

Sa svojim ultra-visokim performansama, ovaj materijal je prikladan za lagane i složene strukturne ili funkcionalne dijelove koji imaju visoke zahtjeve za rasipanje topline i posebno je prikladan za dizajn i razvoj novih hladnjaka (osobito mikrokanalnih hladnjaka). S inovativnim materijalnim rješenjima, zajedno s tehničkim prednostima metalnog 3D ispisa, nadamo se da ćemo pridonijeti razvoju novih radijatora.

Ako ste zainteresirani za HC 200 sa srednjom i visokom toplinskom vodljivošću i velikom čvrstoćom, JR je pokrenuo uslugu ispisa za aluminij visoke toplinske vodljivosti. Radujemo se suradnji s kupcima koji su zainteresirani za ispisna rješenja aluminija visoke toplinske vodljivosti.