Алюминиевые сплавы для 3D-печати теплообменников

Достижения в технологии 3D-печати изменили способ производства теплообменников. Сложные и свободные проекты, которые невозможно реализовать традиционными способами производства, можно легко реализовать с помощью 3D-печати. Улучшенная эффективность теплообмена и снижение веса, объема и производственных затрат — это другие преимущества, которые может предложить 3D-печать. Тем не менее, материалы являются еще одним ключевым фактором для 3D-печати теплообменников.

Недавно ведущий отечественный производитель материалов для 3D-печати из алюминиевого сплава выпустил на рынок материал для 3D-печати из алюминиевого сплава с высокой теплопроводностью. Продукт назван HC 200, чтобы показать его сверхвысокую теплопроводность не менее 200 Вт/(м·K).

Принцип теплопроводности металла, материалы и врожденные дефекты 3D-печати

Суть теплопроводности металлов заключается в том, что внутри металла находятся свободно подвижные электроны. Когда часть металла получает тепло, энергия свободных электронов в нагретой части увеличивается, движение интенсифицируется, и они постоянно сталкиваются с ионами металла для обмена энергией, тем самым передавая тепло от одной части к другой. Для того чтобы металлы получили более высокую теплопроводность, необходимо требовать, чтобы электроны были «беспрепятственными» внутри металла, то есть внутри металлического материала должно быть достаточно дефектов, а примесями или другими фазами должно быть меньше препятствий. Это выдвигает очень высокие требования к контролю состава и процессу подготовки материалов.

Среди материалов из алюминиевых сплавов марки с высокой теплопроводностью (особенно выше 200) очень ограничены, и наиболее часто используется алюминиевый сплав 6063. 6063 представляет собой деформированный алюминиевый сплав серии AlMg, основными легирующими элементами которого являются Al, Mg, Cr, Cu, Si и т. д. Его теплопроводность выше 200 Вт/(м·К), обычно 210, а предел текучести не менее 160 МПа и удлинение 8 процентов после термообработки Т6. А 6063 обладает хорошей пластичностью и может быть анодирован, поэтому это предпочтительный материал для различных типов радиаторов. У других существующих марок алюминиевых сплавов коэффициент теплопроводности не превышает 200. Поскольку чистый алюминий не содержит других легирующих элементов, его теплопроводность достигает 230 Вт/(м·К).

Хотя алюминиевый сплав 6063 является очень хорошим материалом, его нельзя напрямую использовать для 3D-печати металлом. Сплав представляет собой деформированный алюминиевый сплав, который подходит для процесса литья, но не подходит для процесса 3D-печати с селективным лазерным плавлением SLM с высокой скоростью охлаждения. Конечным результатом является то, что при печати порошка сплава 6063 с помощью процесса SLM появляются большие и маленькие микротрещины, и материал нельзя использовать. В настоящее время некоторые исследователи пытаются сделать сплавы 6063 пригодными для печати, изменяя состав или добавляя нанофазы, и добились некоторых результатов, но они не были коммерциализированы.

В настоящее время материал AlSi10Mg широко используется на рынке. Хотя его теплопроводность достигла неплохого значения 140 Вт/(м·К), для применений, требующих более высокой теплопроводности, AlSi10Mg бесполезен.

Высокоэффективная 3D-печать алюминиевым сплавом с рассеиванием тепла совершила прорыв

Чтобы разработать пригодные для печати материалы для 3D-печати из алюминиевого сплава с высокой теплопроводностью и высокими характеристиками, отечественная команда потратила более года на независимые исследования и разработки и, наконец, успешно реализовала удвоение двухсот (теплопроводность превышает 200 Вт / (м). K) и прочность на растяжение выше 200 МПа) Разработка алюминиевого материала с высокой теплопроводностью HC 200. В следующей таблице приведено сравнение свойств материалов HC200, 6063 и AlSi10Mg:

Благодаря своим сверхвысоким характеристикам этот материал подходит для легких и сложных конструктивных или функциональных деталей, предъявляющих высокие требования к рассеиванию тепла, и особенно подходит для проектирования и разработки новых радиаторов (особенно микроканальных радиаторов). Благодаря инновационным материалам в сочетании с техническими преимуществами 3D-печати металлом мы надеемся внести свой вклад в разработку новых радиаторов.

Если вас интересует HC 200 со средней и высокой теплопроводностью и высокой прочностью, компания JR запустила услугу печати для алюминия с высокой теплопроводностью. Мы надеемся на сотрудничество с клиентами, которые заинтересованы в печатных решениях из алюминия с высокой теплопроводностью.