Els avenços en la tecnologia d'impressió 3D han canviat la manera de fabricar els intercanviadors de calor. Els dissenys complexos i gratuïts que no es poden realitzar mitjançant les rutes de fabricació tradicionals es poden realitzar fàcilment mitjançant la impressió 3D. La millora de l'eficiència de l'intercanvi de calor i la reducció de pes, volum i costos de fabricació són altres avantatges que pot oferir la impressió 3D. Tanmateix, els materials són una altra consideració clau per a la impressió 3D de l'intercanviador de calor.
Recentment, un fabricant nacional líder de material d'impressió 3D d'aliatge d'alumini va llançar al mercat un material d'impressió 3D d'aliatge d'alumini d'alta conductivitat tèrmica. El producte s'anomena HC 200 per mostrar la seva conductivitat tèrmica ultra alta de no menys de 200 W/(m·K).
El principi de conducció de calor metàl·lica, materials i defectes inherents a la impressió 3D
L'essència de la conducció de calor del metall és que hi ha electrons lliurement mòbils dins del metall. Quan una part del metall rep calor, l'energia dels electrons lliures de la part escalfada augmenta, el moviment s'intensifica i xoquen constantment amb ions metàl·lics per intercanviar energia, transferint així la calor d'una part a una altra. Perquè els metalls obtinguin una conductivitat tèrmica més alta, cal exigir que els electrons estiguin "sense impediments" dins del metall, és a dir, que hi hagi prou defectes dins del material metàl·lic i que hi hagi menys obstacles per impureses o altres fases. Això planteja requisits molt elevats en el control de la composició i el procés de preparació dels materials.
Entre els materials d'aliatge d'alumini, els graus amb alta conductivitat tèrmica (especialment superiors a 200) són molt limitats, i el més utilitzat és l'aliatge d'alumini 6063. 6063 és un aliatge d'alumini deformat de la sèrie AlMg, els principals elements d'aliatge inclouen Al, Mg, Cr, Cu, Si, etc. La seva conductivitat tèrmica és superior a 200 W/(m K), generalment 210, i té un límit elàstic de no menys de 160 MPa i un allargament del 8 per cent després del tractament tèrmic T6. I 6063 té una bona plasticitat i es pot anoditzar, de manera que és el material escollit per a diversos tipus de radiadors. En altres graus existents de materials d'aliatge d'alumini, la conductivitat tèrmica no és superior a 200. Com que l'alumini pur no conté altres elements d'aliatge, la seva conductivitat tèrmica arriba als 230W/(m·K).
Tot i que l'aliatge d'alumini 6063 és un material molt bo, no es pot utilitzar directament per a la impressió 3D de metall. L'aliatge és un aliatge d'alumini deformat, adequat per al procés de fosa, però no adequat per al procés d'impressió 3D de fusió làser selectiva SLM amb una alta velocitat de refrigeració. El resultat final és que quan la pols d'aliatge 6063 s'imprimeixi mitjançant el procés SLM, hi haurà microesquerdes grans i petites i el material no es pot utilitzar. Actualment, alguns investigadors intenten imprimir els aliatges 6063 modificant la composició o afegint nanofases i han aconseguit alguns resultats, però no s'han comercialitzat.
Actualment, el material AlSi10Mg s'utilitza àmpliament al mercat. Tot i que la seva conductivitat tèrmica ha arribat a uns 140 W/(m·K) no baixos, per a aplicacions que requereixen una conductivitat tèrmica més alta, AlSi10Mg és impotent.
L'aliatge d'alumini d'impressió 3D d'alt rendiment ha fet un gran avenç
Per tal de desenvolupar materials d'impressió en 3D d'aliatge d'alumini imprimibles amb alta conductivitat tèrmica i alt rendiment, l'equip domèstic ha dedicat més d'un any d'investigació i desenvolupament independent i, finalment, ha aconseguit el doble de dos-cents (la conductivitat tèrmica supera els 200 W/(m). K) i la resistència a la tracció és superior a 200MPa) Desenvolupament de material d'alumini d'alta conductivitat tèrmica HC 200. La taula següent és una comparació de les propietats del material de HC200, 6063 i AlSi10Mg:
Material | Resistència a la tracció (MPa) | Límit de rendiment (MPa) | Elongació | Conductivitat tèrmica (W/M.K) | Imprimibilitat |
6063 | 190 | 160 | 8 per cent | 210 | no imprimible |
AISi10Mg | 300 | 200 | 10 per cent | 140 | imprimible |
HC200 | 210 | 130 | 25 per cent | 204 | imprimible |
Amb el seu alt rendiment, aquest material és adequat per a peces estructurals o funcionals lleugeres i complexes que tenen grans requisits de dissipació de calor i són especialment adequats per al disseny i desenvolupament de nous dissipadors de calor (especialment dissipadors de calor de microcanal). Amb solucions de materials innovadores, juntament amb els avantatges tècnics de la impressió 3D de metall, esperem contribuir al desenvolupament de nous radiadors.
Si esteu interessats en la HC 200 amb conductivitat tèrmica mitjana i alta i alta resistència, JR ha posat en marxa un servei d'impressió per a alumini d'alta conductivitat tèrmica. Esperem cooperar amb clients interessats en solucions imprimibles d'alumini d'alta conductivitat tèrmica.