Alumiiniumsulamid soojusvahetite 3D-printimiseks

3D-printimise tehnoloogia edusammud on muutnud soojusvahetite tootmist. Keerulisi ja tasuta disainilahendusi, mida traditsiooniliste tootmisviisidega ei saa realiseerida, saab hõlpsasti realiseerida 3D-printimise abil. Parem soojusvahetuse tõhusus ning kaal, maht ja tootmiskulud on teised eelised, mida 3D-printimine võib pakkuda. Materjalid on aga soojusvaheti 3D-printimisel veel üks oluline kaalutlus.

Hiljuti lasi juhtiv kodumaine alumiiniumisulamist 3D-trükimaterjalide tootja turule kõrge soojusjuhtivusega alumiiniumisulamist 3D-trükimaterjali. Toode kannab nime HC 200, et näidata selle ülikõrget soojusjuhtivust, mis ei ole väiksem kui 200 W/(m·K).

Metalli soojusjuhtivuse põhimõte, materjalid ja 3D-printimise olemuslikud vead

Metalli soojusjuhtivuse olemus seisneb selles, et metalli sees on vabalt liikuvad elektronid. Kui osa metallist saab soojust, suureneb kuumutatud osas olevate vabade elektronide energia, liikumine intensiivistub ja nad põrkuvad energia vahetamiseks pidevalt kokku metalliioonidega, kandes seeläbi soojust ühelt osalt teisele. Selleks, et metallid saaksid kõrgema soojusjuhtivuse, on vaja nõuda, et elektronid oleksid metalli sees "takistusteta", st metallimaterjali sees peaks olema piisavalt defekte ja vähem takistusi lisandite või muude faaside poolt. See seab materjalide koostise kontrollile ja ettevalmistusprotsessile väga kõrged nõuded.

Alumiiniumsulamist materjalide hulgas on kõrge soojusjuhtivusega (eriti üle 200) klassid väga piiratud ja kõige sagedamini kasutatav on 6063 alumiiniumsulam. 6063 on AlMg-seeria deformeeritud alumiiniumsulam, mille peamised legeerivad elemendid on Al, Mg, Cr, Cu, Si jne. Selle soojusjuhtivus on suurem kui 200 W/(m K), üldiselt 210 ja voolavuspiir ei ole alla 160 MPa ja pikenemine 8 protsenti pärast T6 kuumtöötlust. Ja 6063 on hea plastilisusega ja anodeeritav, seega on see materjal erinevat tüüpi radiaatorite jaoks. Teiste olemasolevate alumiiniumisulamimaterjalide klasside puhul ei ole soojusjuhtivus suurem kui 200. Kuna puhas alumiinium ei sisalda muid legeerelemente, ulatub selle soojusjuhtivus 230W/(m·K).

Kuigi 6063 alumiiniumsulam on väga hea materjal, ei saa seda otseselt metalli 3D-printimiseks kasutada. Sulam on deformeerunud alumiiniumisulam, mis sobib valamisprotsessiks, kuid ei sobi SLM-i selektiivse lasersulatusmeetodiga 3D-printimise protsessiks suure jahutuskiirusega. Lõpptulemus on see, et kui 6063 sulamipulbrit trükitakse SLM-protsessiga, tekivad suured ja väikesed mikropraod ning materjali ei saa kasutada. Praegu üritavad mõned teadlased muuta 6063 sulamid prinditavaks, muutes koostist või lisades nanofaase ja on saavutanud mõningaid tulemusi, kuid neid ei ole turule viidud.

Praegu kasutatakse AlSi10Mg materjali turul laialdaselt. Kuigi selle soojusjuhtivus on jõudnud mitte-madalani 140 W/(m·K), on suuremat soojusjuhtivust nõudvate rakenduste puhul AlSi10Mg jõuetu.

Suure jõudlusega soojust hajutav 3D-printimise alumiiniumsulam on teinud läbimurde

Kõrge soojusjuhtivuse ja suure jõudlusega prinditavate alumiiniumisulamist 3D-printimismaterjalide väljatöötamiseks on kodumaine meeskond kulutanud rohkem kui aasta sõltumatule uurimis- ja arendustegevusele ning lõpuks saavutanud kahesaja edukalt (soojusjuhtivus ületab 200 W/(m). K) ja tõmbetugevus on suurem kui 200 MPa) HC 200 kõrge soojusjuhtivusega alumiiniummaterjalide väljatöötamine. Järgmine tabel on HC200, 6063 ja AlSi10Mg materjali omaduste võrdlus:

Oma ülikõrge jõudlusega sobib see materjal kergete ja keerukate konstruktsiooni- või funktsionaalsete osade jaoks, millel on kõrged nõuded soojuse hajutamisele ning mis sobivad eriti hästi uute jahutusradiaatorite (eriti mikrokanaliga jahutusradiaatorite) projekteerimiseks ja arendamiseks. Uudsete materjalilahendustega koos metallist 3D-printimise tehniliste eelistega loodame panustada uute radiaatorite tootearendusse.

Kui olete huvitatud keskmise ja kõrge soojusjuhtivusega ning suure tugevusega HC 200-st, on JR käivitanud kõrge soojusjuhtivusega alumiiniumi printimisteenuse. Ootame koostööd klientidega, kes on huvitatud prinditavatest kõrge soojusjuhtivusega alumiiniumlahendustest.