Aluminiumslegeringer for 3D-printing av varmevekslere

Fremskritt innen 3D-utskriftsteknologi har endret måten varmevekslere produseres på. Komplekse og gratis design som ikke kan realiseres ved tradisjonelle produksjonsruter, kan enkelt realiseres gjennom 3D-utskrift. Forbedret varmevekslingseffektivitet og redusert vekt, volum og produksjonskostnader er andre fordeler som 3D-utskrift kan tilby. Imidlertid er materialer en annen viktig faktor for varmeveksler 3D-utskrift.

Nylig lanserte en ledende innenlandsk produsent av 3D-utskriftsmateriale av aluminiumslegering et 3D-utskriftsmateriale i aluminiumslegering med høy varmeledningsevne til markedet. Produktet heter HC 200 for å vise sin ultrahøye varmeledningsevne på ikke mindre enn 200W/(m·K).

Prinsippet om metall varmeledning, materialer og iboende feil ved 3D-utskrift

Essensen av metall varmeledning er at det er fritt bevegelige elektroner inne i metallet. Når en del av metallet mottar varme, øker energien til de frie elektronene i den oppvarmede delen, bevegelsen intensiveres, og de kolliderer hele tiden med metallioner for å utveksle energi, og overfører derved varme fra en del til en annen. For at metaller skal oppnå høyere termisk ledningsevne, er det nødvendig å kreve at elektroner er "uhindret" inne i metallet, det vil si at det skal være nok defekter inne i metallmaterialet, og det skal være mindre hindring av urenheter eller andre faser. Dette stiller svært høye krav til sammensetningskontroll og forberedelsesprosessen av materialer.

Blant aluminiumslegeringsmaterialer er karakterer med høy termisk ledningsevne (spesielt høyere enn 200) svært begrenset, og den mest brukte er 6063 aluminiumslegering. 6063 er en AlMg-serie deformert aluminiumslegering, de viktigste legeringselementene inkluderer Al, Mg, Cr, Cu, Si, etc. Dens varmeledningsevne er høyere enn 200 W/(m K), vanligvis 210, og har en flytegrense på ikke mindre enn 160 MPa og en forlengelse på 8 prosent etter T6 varmebehandling. Og 6063 har god plastisitet og kan anodiseres, så det er det foretrukne materialet for ulike typer radiatorer. I andre eksisterende kvaliteter av aluminiumslegeringsmaterialer er den termiske ledningsevnen ikke høyere enn 200. Siden rent aluminium ikke inneholder andre legeringselementer, når dens varmeledningsevne 230W/(m·K).

Selv om 6063 aluminiumslegering er et veldig godt materiale, kan det ikke brukes direkte til 3D-utskrift av metall. Legeringen er en deformert aluminiumslegering, som er egnet for støpeprosessen, men ikke egnet for SLM-selektiv lasersmeltende 3D-utskriftsprosess med høy kjølehastighet. Det endelige resultatet er at når 6063-legeringspulveret trykkes ved SLM-prosessen, vil det være store og små mikrosprekker, og materialet kan ikke brukes. For tiden prøver noen forskere å gjøre 6063-legeringene utskrivbare ved å modifisere sammensetningen eller legge til nanofaser og har oppnådd noen resultater, men de har ikke blitt kommersialisert.

For tiden er AlSi10Mg-materiale mye brukt i markedet. Selv om dens varmeledningsevne har nådd ikke-lave 140W/(m·K), for applikasjoner som krever høyere varmeledningsevne, er AlSi10Mg kraftløs.

Høyytelses varmespredning 3D-printing av aluminiumslegering har fått et gjennombrudd

For å utvikle utskrivbare 3D-utskriftsmaterialer av aluminiumslegering med høy termisk ledningsevne og høy ytelse, har det innenlandske teamet brukt mer enn et år med uavhengig forskning og utvikling, og endelig realisert de doble to hundre (termisk ledningsevne overstiger 200 W/(m) K) og strekkstyrke er høyere enn 200MPa) HC 200 høy termisk ledningsevne aluminiumsmaterialutvikling. Følgende tabell er en sammenligning av materialegenskapene til HC200, 6063 og AlSi10Mg:

Med sin ultrahøye ytelse er dette materialet egnet for lette og komplekse strukturelle eller funksjonelle deler som har høye krav til varmeavledning og er spesielt egnet for design og utvikling av nye kjøleribber (spesielt mikrokanals kjøleribber). Med innovative materialløsninger, kombinert med de tekniske fordelene med metall 3D-printing, håper vi å bidra til produktutviklingen av nye radiatorer.

Hvis du er interessert i HC 200 med middels og høy varmeledningsevne og høy styrke, har JR lansert en utskriftstjeneste for aluminium med høy varmeledningsevne. Vi ser frem til å samarbeide med kunder som er interessert i utskrivbare aluminiumsløsninger med høy varmeledningsevne.