Aluminiumlegeringar för 3D-utskrift av värmeväxlare

Framsteg inom 3D-utskriftsteknik har förändrat sättet att tillverka värmeväxlare. Komplexa och fria mönster som inte kan realiseras med traditionella tillverkningsvägar kan enkelt realiseras genom 3D-utskrift. Förbättrad värmeväxlingseffektivitet och minskad vikt, volym och tillverkningskostnader är andra fördelar som 3D-utskrift kan erbjuda. Emellertid är material en annan viktig faktor för värmeväxlare 3D-utskrift.

Nyligen släppte en ledande inhemsk tillverkare av 3D-utskriftsmaterial av aluminiumlegering ett 3D-utskriftsmaterial av aluminiumlegering med hög värmeledningsförmåga på marknaden. Produkten heter HC 200 för att visa sin ultrahöga värmeledningsförmåga på inte mindre än 200W/(m·K).

Principen för metallvärmeledning, material och inneboende defekter i 3D-utskrift

Kärnan i metallens värmeledning är att det finns fritt rörliga elektroner inuti metallen. När en del av metallen tar emot värme ökar energin hos de fria elektronerna i den uppvärmda delen, rörelsen intensifieras och de kolliderar ständigt med metalljoner för att utbyta energi och överför därigenom värme från en del till en annan. För att metaller ska erhålla högre värmeledningsförmåga är det nödvändigt att kräva att elektroner är "ohindrade" inuti metallen, det vill säga det ska finnas tillräckligt med defekter inuti metallmaterialet, och det ska vara mindre hinder av föroreningar eller andra faser. Detta ställer mycket höga krav på sammansättningskontroll och beredningsprocessen av material.

Bland aluminiumlegeringsmaterial är kvaliteter med hög värmeledningsförmåga (särskilt högre än 200) mycket begränsade, och den vanligaste är 6063 aluminiumlegering. 6063 är en AlMg-serie deformerad aluminiumlegering, de viktigaste legeringselementen inkluderar Al, Mg, Cr, Cu, Si, etc. Dess värmeledningsförmåga är högre än 200 W/(m K), vanligtvis 210, och har en sträckgräns på inte mindre än 160 MPa och en töjning på 8 procent efter T6 värmebehandling. Och 6063 har bra plasticitet och kan anodiseras, så det är materialet att välja på för olika typer av radiatorer. I andra befintliga kvaliteter av aluminiumlegeringsmaterial är värmeledningsförmågan inte högre än 200. Eftersom rent aluminium inte innehåller andra legeringselement, når dess värmeledningsförmåga 230W/(m·K).

Även om 6063 aluminiumlegering är ett mycket bra material kan det inte direkt användas för 3D-utskrift av metall. Legeringen är en deformerad aluminiumlegering, som är lämplig för gjutningsprocessen, men inte lämplig för SLM-selektiv lasersmältande 3D-utskriftsprocess med hög kylningshastighet. Slutresultatet är att när 6063-legeringspulvret trycks med SLM-processen kommer det att uppstå stora och små mikrosprickor och materialet kan inte användas. För närvarande försöker vissa forskare göra 6063-legeringarna tryckbara genom att modifiera sammansättningen eller lägga till nanofaser och har uppnått vissa resultat, men de har inte kommersialiserats.

För närvarande används AlSi10Mg-material i stor utsträckning på marknaden. Även om dess värmeledningsförmåga har nått inte låga 140W/(m·K), är AlSi10Mg kraftlös för tillämpningar som kräver högre värmeledningsförmåga.

Högpresterande värmeavledning 3D-utskrift aluminiumlegering har gjort ett genombrott

För att utveckla utskrivbara 3D-utskriftsmaterial av aluminiumlegering med hög värmeledningsförmåga och hög prestanda, har det inhemska teamet tillbringat mer än ett år av oberoende forskning och utveckling och slutligen lyckats realisera de dubbla tvåhundra (värmeledningsförmågan överstiger 200 W/(m) K) och draghållfastheten är högre än 200MPa) HC 200 hög värmeledningsförmåga aluminiummaterial utveckling. Följande tabell är en jämförelse av materialegenskaperna för HC200, 6063 och AlSi10Mg:

Med sin ultrahöga prestanda är detta material lämpligt för lätta och komplexa strukturella eller funktionella delar som har höga krav på värmeavledning och är särskilt lämpliga för design och utveckling av nya kylflänsar (särskilt mikrokanals kylflänsar). Med innovativa materiallösningar, tillsammans med de tekniska fördelarna med 3D-utskrift av metall, hoppas vi kunna bidra till produktutvecklingen av nya radiatorer.

Om du är intresserad av HC 200 med medelhög och hög värmeledningsförmåga och hög hållfasthet, har JR lanserat en utskriftstjänst för aluminium med hög värmeledningsförmåga. Vi ser fram emot att samarbeta med kunder som är intresserade av tryckbara aluminiumlösningar med hög värmeledningsförmåga.