Как проверить внутренние каналы охлаждающей пластины аккумулятора, напечатанной на 3D-принтере?

Клиент получает красивую пластину охлаждения аккумулятора, напечатанную на 3D-принтере. Внешний вид идеален, поверхности чистые, крепежные отверстия совпадают. Однако во время тестирования системы поток охлаждающей жидкости оказался ниже ожидаемого, падение давления оказалось выше, чем допускает конструкция, или, что еще хуже,-происходит медленная утечка. Проблема почти всегда кроется внутри каналов, которые никто не видит. Остатки порошка, суженные каналы, шероховатые стенки или небольшие геометрические искажения могут ухудшить тепловые характеристики, даже если внешняя часть детали безупречна. В этой статье объясняется, почему внутренние каналы так сложно проверять, пять доступных практических методов, как выбрать правильную комбинацию, дефекты, которые мы чаще всего обнаруживаем, и какие вопросы задать поставщику перед размещением заказа.

Почему внутренние каналы трудно проверить

Аддитивное производство металлов создает сложные конформные каналы охлаждения, которые невозможно создать при традиционной механической обработке. Эти же каналы сложнее всего проверить. Они скручиваются, разветвляются, меняют диаметр и часто уходят глубоко внутрь детали. После завершения сборки каналы полностью закрываются. В них нельзя поместить штангенциркуль или датчик ШИМ.

Общие производственные проблемы усугубляют проблему. Остаточный порошок может остаться в ловушке после обеспыливания. Поверхности, обращенные-вниз, как правило, намного более шероховатые, чем поверхности,-поверхности, обращенные вверх. Локальный перегрев или недостаточная поддержка могут привести к сжатию или деформации поперечного сечения канала-. Даже небольшое уменьшение гидравлического диаметра или увеличение шероховатости поверхности повышает гидравлическое сопротивление и снижает эффективность теплопередачи.-

Управление температурным режимом аккумулятора неумолимо. Исследования NREL и других лабораторий показывают, что повышенная температура элементов и большие температурные градиенты ускоряют снижение емкости и увеличивают риск выхода из-под контроля температуры. Поддержание упаковки в строгом температурном диапазоне (часто примерно 15–35 градусов) имеет решающее значение как для жизни, так и для безопасности. Охлаждающая пластина, внутренние каналы которой частично заблокированы или имеют недостаточный размер, не может обеспечить требуемый отвод тепла, поэтому страдает весь блок.

5 способов проверки внутренних каналов

КТ-сканирование

Промышленная компьютерная томография в настоящее время является единственным не-разрушающим методом, позволяющим измерить полную трехмерную-геометрию внутренних каналов. Сканер генерирует набор объемных данных, который выявляет остаточный порошок, местные ограничения, изменения-толщины стенок и отклонения от модели CAD. Типичное разрешение для металлических охлаждающих пластин составляет от 50 до 100 мкм в зависимости от размера детали и плотности материала. КТ-сканирование 3D-печатных деталей является золотым стандартом, когда вам необходимо количественное измерение размеров внутреннего канала.

Тест потока

Контролируемый поток воды или охлаждающей жидкости проталкивается через каналы при определенном давлении или скорости потока. Измеренный расход сравнивается с расчетным значением. Этот тест быстрый, недорогой и напрямую влияет на производительность. Оно не может сказать вамгдеограничение заключается в том, насколько изменилась геометрия, но оно быстро помечает детали, которые будут недостаточно-эффективны.

Испытание на падение давления

Датчики давления размещаются на входе и выходе, при этом жидкость течет с постоянной скоростью. Неожиданно высокое падение давления почти всегда указывает на засорение, неровности или уменьшенное-сечение. Как и испытание на поток, оно не-разрушающе и удобно для производства-, однако не дает геометрических деталей.

Бороскоп / Эндоскоп

Гибкий или жесткий эндоскоп можно вводить в более крупные и относительно прямые каналы. Визуальный осмотр может выявить остатки порошка, шероховатые поверхности или остатки подложки. Этот метод ограничен доступными проходами и не позволяет точно измерить размеры.

Вырезать-Открыть разрез

Выбранные детали разрезаются, а поверхности разреза исследуются под микроскопом или оптической КИМ. Это самый прямой способ подтвердить то, что показывают испытания КТ или расхода, но деталь разрушена. Обычно он используется только для проверки процесса или корреляции первой-статьи.

Какой метод выбрать?

Для проверки прототипов и небольших-серий большинство покупателей комбинируют компьютерную томографию образца деталей со 100 %-ным испытанием на поток или-перепад давления. В серийном производстве сочетание часто смещается в сторону функциональных испытаний плюс периодических проверок CT. Если чертеж требует жестких внутренних допусков или каналы очень сложны,Проверка канала охлажденияИспользование КТ остается наиболее надежным способом подтверждения измерения внутреннего размера канала.

Распространенные проблемы, которые мы обнаруживаем внутри каналов

Остатки порошка и засор– Неполное обеспыливание оставляет рыхлый или частично спеченный порошок, который ограничивает текучесть. После сборки требуется тщательная виброочистка, сжатый-воздух или химическая очистка.

Недостаточный размер или искаженные каналы– Накопление тепла или отсутствие поддержки могут привести к уменьшению поперечного сечения-на десятки или сотни микрон. Оптимизация параметров-процессов и более эффективные стратегии поддержки решают эту проблему.

Чрезмерная внутренняя шероховатость– В частности, нижняя-поверхность кожи может быть очень шероховатой, что приводит к увеличению перепада давления. Ориентация конструкции и полировка после-обработки (абразивной или химической) улучшают ситуацию.

Остатки поддержки– Внутренние опоры, которые не были полностью удалены, создают локальные препятствия. Крайне важно разработать самоподдерживающиеся-каналы или тщательно прекратить поддержку.

Изменение толщины стен-– Локальный перегрев или прилипание порошка могут сделать стенки толще или тоньше, чем предполагалось, что влияет как на прочность, так и на тепловые характеристики.

Каждый из этих дефектов может пройти внешний визуальный осмотр, но при этом охлаждающая пластина может стать причиной недостаточной-работы или утечки после установки.

Реальный случай от Sunhingstones

Новому-поставщику энергетических транспортных средств требовалось семейство алюминиевых пластин охлаждения аккумуляторов, напечатанных на 3D-принтере, со сложными конформными каналами. Ранние прототипы показали хорошие внешние размеры, но не прошли испытания на поток: измеренный расход был на 18–22 % ниже заданного, а перепад давления был соответственно высоким. КТ выявила остаточный порошок в нескольких ответвленных каналах и локальное уменьшение поперечного сечения до 0,3 мм.

Команда скорректировала параметры лазера и стратегию сканирования для критических областей каналов, внедрила многоэтапную последовательность-очистки и ультразвуковой очистки, а также осуществила отбор проб с помощью компьютерной томографии на каждой рабочей пластине, а также 100 % тестирование потока. После блокировки процесса-последующие партии достигли скорости потока в пределах 5 % от расчетного и значений падения давления-в пределах заданного окна. Размерный выход критически важных внутренних элементов превысил 95 %.

Что спросить у поставщика перед заказом

Прежде чем разместить заказ, запросите четкие ответы по следующим пунктам:

Какие методы проверки будут использоваться на внутренних каналах (КТ, поток, перепад давления или комбинация)?

Будет ли предоставлен отчет о размерах или компьютерный анализ для первых-частей статьи?

Какой процесс обеспыливания и очистки применяется и как проверяется остаточный порошок?

Может ли поставщик показать предыдущие данные, соотносящие результаты КТ с показателями расхода или-перепада давления?

Каковы технологические возможности для внутренних размеров каналов аналогичных деталей?

Выбор способного производителя 3D-печати металлом или завода по производству охлаждающих пластин для аккумуляторов, который уже разбирается в этих проблемах, снижает риск позднего обнаружения. Поставщик, имеющий опыт в сфере услуг 3D-печати металлом для аккумуляторов электромобилей, будет рассматривать внутреннюю проверку канала как стандартную часть процесса, а не как второстепенную мысль. Внимание отрасли к проверке качества компонентов охлаждения, изготовленных с помощью аддитивных технологий, продолжает возрастать по мере того, как все больше платформ для электромобилей переходят в серийное производство.

Часто задаваемые вопросы

Как проверить внутреннюю часть 3D-печатной детали, не разрезая ее?
Основным не-методом разрушения является промышленное компьютерное сканирование, при котором создается полная трехмерная карта внутренних каналов. Испытания на текучесть и испытания на падение давления-обеспечивают функциональное подтверждение без разрушения детали.

Насколько точна компьютерная томография каналов охлаждения?
В зависимости от размера детали, материала и параметров сканирования промышленная компьютерная томография обычно определяет особенности в диапазоне 50–100 мкм и может количественно определять диаметр канала, толщину стенок и расположение остаточного порошка с хорошей метрологической надежностью.

Может ли тест потока заменить компьютерную томографию?
Испытание потока подтверждает, что каналы работают должным образом, но оно не может обнаружить дефект или измерить фактическую геометрию. Эти два метода дополняют друг друга; многие проекты используют оба.

Как узнать, застрял ли порошок в каналах?
КТ-сканирование — наиболее надежный способ обнаружения остаточного порошка. Функциональные испытания на поток или-падение давления также выявляют серьезные засоры, но легкий остаточный порошок все равно может пройти испытание на поток, снижая при этом долгосрочную-надежность.

Предлагаете ли вы охлаждающие пластины на заказ в оптовых количествах?
Да. После того, как процесс проверен с помощью компьютерной томографии и функционального тестирования, те же параметры и план проверки масштабируются до объемов производства для оптовых поставок нестандартных охлаждающих пластин.

Готовы проверить каналы охлаждающей пластины?

Отправьте нам свою 3D-модель или рисунок. Мы рассмотрим конструкцию внутренних каналов, порекомендуем подходящую комбинацию компьютерной томографии и функционального тестирования, а также предоставим четкий план DFM и проверок. Правильная проверка внутренней части охлаждающей пластины аккумулятора, напечатанной на 3D-принтере, защищает как тепловые характеристики, так и сроки проекта.