Kuidas valida kõrgsurve 3D prinditud soojusvahetite jaoks metallisulamit?

Miks on sulami valik kõrgsurvesoojusvahetites olulisem

Kõrgem töörõhk suurendab nõudlust tugevuse, tiheduse ja väsimuskindluse järele. Õhukesed seinad ja keerulised sisekanalid – just need omadused, mis muudavad lisandite valmistamise atraktiivseks – koondavad ka pinget ja loovad rohkem pinda korrosiooni või lekke jaoks. Levinud rikkerežiimid hõlmavad seina läbivat poorsust, mis põhjustab lekkeid, protsessivedeliku korrosiooni ja termilise väsimuse tõttu tekkivaid pragusid korduvate temperatuurikõikumiste korral. Lisatootmine võib tekitada vooluteid, mida traditsiooniline töötlemine või kõvajoodisjootmine ei suuda, kuid ainult siis, kui valitud sulam ja sellele järgnev protsess suudavad tegelikult survet hoida ja keskkonda ellu jääda.

Viis küsimust, mida küsida enne metalli valimist

Mis on maksimaalne töörõhk ja temperatuur?

Milline vedelik (või vedelikud) puutub kokku metalli-vee, õli, külmutusagensi, merevee või happelise keskkonnaga?

Kas kaal on raske piirang?

Kui oluline on soojusjuhtivus tugevuse ja korrosioonikindluse suhtes?

Millised on realistlikud eelarve ja tarneeesmärgid?

Nendele viiele punktile vastamine kitseneb tavaliselt ühe või kahe kandidaatsulamiga enne üksikasjaliku projekteerimise algust.

Kõige tavalisemate sulamite võrdlemine

AlSi10Mg

Kerge ja suhteliselt lihtne printida. Soojusjuhtivus on kõrge (tavaliselt 110–150 W/m·K pärast sobivat kuumtöötlust). Tugevus on piisav mõõduka rõhu ja temperatuuri jaoks (ligikaudu kuni 150–200 kraadi). Maksumus on tavaliste metallivalikute hulgas madalaim. Sobib kõige paremini kaalutundlikele või keskmise rõhuga rakendustele, kus vedelik ei ole väga söövitav.

316L roostevaba teras

Praktiline vaikeseade paljude tööstuslike soojusvahetite jaoks. Suurepärane korrosioonikindlus paljudes vedelikes, hea plastilisus ja usaldusväärne prinditavus. Soojusjuhtivus on tagasihoidlik (~16 W/m·K). Tugevus on piisav enamiku kõrgsurvevee- või õlisüsteemide jaoks mõõdukatel temperatuuridel. See pakub jõudluse ja kulude tugevat tasakaalu.

Inconel 718/625

Valitakse siis, kui temperatuur või agressiivne keemia välistab alumiiniumi ja standardse roostevaba terase. Need niklisulamid säilitavad tugevuse kõrgel temperatuuril ja peavad vastu paljudele söövitavatele ainetele. Soojusjuhtivus on madal. Kulud ja printimisraskused on oluliselt suuremad. Tüüpiline kasutusala on kõrgtemperatuuriline või kõrgsurveteenus, kus pikaealisus õigustab hinda.

Vasesulamid (CuCrZr)

Praktiliste prinditavate valikute kõrgeim soojusjuhtivus (sageli 300 W/m·K või rohkem pärast kuumtöötlust). Tugevust saab parandada sademetega karastamise teel. Trükkimine on nõudlikum, kuna vask peegeldab laserenergiat ja juhib soojust sulamisbasseinist eemale. Kasutatakse siis, kui soojusülekande jõudlus on domineeriv nõue ja keskkond on ühilduv.

Titaan Ti-6Al-4V

Suurepärane tugevuse ja kaalu suhe ning suurepärane korrosioonikindlus, eriti merevees ja paljudes keemilistes keskkondades. Soojusjuhtivus on madal. Kulud on kõrged. Levinud lennunduses ja merenduses, kus nii kaal kui ka korrosioon on olulised.

Need on tüüpilised vahemikud; tegelikud omadused sõltuvad kuumtöötlusest, saavutatud tihedusest ja osa geomeetriast. Soojusvahetite AlSi10Mg vs 316L vs Inconel võrdlus algab peaaegu alati viie varem loetletud küsimusega.

Trükikvaliteet ja järeltöötlus: osa, mis paljudel ostjatel kahe silma vahele jääb

Isegi parim sulam ebaõnnestub, kui trükitihedus on madal või kui jääkpinget ja pinnaseisundit eiratakse. Kõrgsurve 3D-prinditud soojusvaheti puhul on enne osa tehasest lahkumist hädavajalikud järgmised kontrollid:

Mõõtmise või CT abil kinnitatud saavutatud tihedus (või poorsuse tase).

Lekke- või rõhukatsetus kavandatud rõhul või sellest kõrgemal

Lõhkemis- või survekatse, kui rakendus seda nõuab

Materjali sertifikaat soojuse/partii jälgitavusega

Kuumtöötluse ja vajaduse korral HIP-kirjed

Sisekanalite pinna seisukord (karedus mõjutab nii rõhulangust kui ka saastumist)

Kas 3D-prinditud metall on lekkekindel? See võib olla, kui tihedus on kõrge, kriitilised pinnad on korralikult viimistletud ja detaili testitakse. Tihedus ja järeltöötlus ei ole survet sisaldavate soojusvahetite jaoks valikulised lisad.

Juhtumiuuring: tüüpiline projektilähenemine

Tüüpilises projektis eemaldati töörõhk, temperatuur ja vedeliku keemia esmalt alumiinium. 316L, mis valiti selle korrosioonikindluse ja kulude tasakaalu tõttu. Disain vaadati üle pulbri eemaldamise ja seina paksuse osas, seejärel prinditi, eemaldati pinge ja töödeldi kriitiliselt tihendusliideseid. Hüdrostaatiline testimine kinnitas terviklikkust. Valmis seade vastas survenõudele ilma tööriistade maksumuse või tavapärase valmistamise geomeetriliste piiranguteta. Konkreetsed numbrid sõltuvad tollimaksust; otsustusjärjestus – sulami sobitamine keskkonnaga, seejärel kontrolltihedus ja testimine – jääb samaks.

Kuidas valida usaldusväärne tootja

Otsige partner, kes suudab arutada nii sulami kui ka kogu protsessiahelat. Kasulikud kontrollpunktid hõlmavad järgmist:

Kogemus konkreetsete sulamitega, mida kaalute

Ettevõttesisene või kontrollitud kuumtöötlus ja HIP-võime

Rõhu- ja lekkekontrolli seadmed

Võimalus esitada materjalisertifikaate ja ülevaatusaruandeid

Valmisolek käivitada prototüüpe enne mahule pühendumist

Võimekas metallist 3D-prinditud soojusvaheti tootja või kohandatud soojusvaheti 3D-printimise tehas käsitleb tihedust, järeltöötlust ja testimist pigem standardnõuetena kui valikuliste lisandmoodulitena. Samad kriteeriumid kehtivad, kui vajate laiemat hulgimüügi metalli 3D-printimise teenust.

Tööstuse tunnustus funktsionaalsete soojusülekandekomponentide lisandite tootmisel kasvab jätkuvalt, kuna protsesside juhtimine ja dokumentatsioon paranevad.

KKK

Kas 3D-prinditud soojusvahetid taluvad kõrget rõhku?
Jah, kui sulam, saavutatud tihedus, kuumtöötlus ja survekatse on vastavuses projekteerimistingimustega. Paljud tootmisüksused töötavad pärast nõuetekohast kvalifikatsiooni edukalt kõrgendatud rõhu all.

Milline metall on soojusvaheti jaoks parim?
Pole olemas ühte parimat metalli. AlSi10Mg sobib kergeks keskmise rõhuga tööks, 316L katab enamiku tööstuslike söövitavate teenuste jaoks, Inconel on valitud kõrge temperatuuri jaoks, vasesulamid maksimaalse juhtivuse tagamiseks ja titaan merevee või kaalukriitiliste söövitavate keskkondade jaoks.

Kas 3D-prinditud metall on lekkekindel?
See võib juhtuda siis, kui poorsus on kontrollitud, kriitilised pinnad on viimistletud ja osa on survetestitud. Lekkekatse on survet sisaldavate soojusvahetite vabastamisprotsessi tavaline osa.

Kui palju maksab 3D prinditud soojusvaheti?
Maksumus sõltub suurusest, sulamist, keerukusest, järeltöötlusest ja kogusest. Ilma kõvade tööriistadeta on ühikuhind kõrgem kui tavapäraste suurte meetoditega, kuid keerukate või väikese kuni keskmise mahuga konstruktsioonide puhul on projekti kogumaksumus sageli madalam. Tegelikul mudelil põhinev hinnapakkumine on ainus täpne arv.
 

3D-prinditud soojusvaheti jaoks õige metallisulami valimine algab töötingimustest ja lõpeb kontrollitud printimise ja range testimisega. Kui neid etappe järgitakse, saadakse lisatootmine kompaktsed ja suure jõudlusega soojusvahetid, mida oleks raske või võimatu toota traditsiooniliste vahenditega.