Aluminiumlegierungen für den 3D-Druck von Wärmetauschern

Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie haben die Herstellung von Wärmetauschern verändert. Komplexe und freie Designs, die mit herkömmlichen Fertigungswegen nicht realisierbar sind, lassen sich problemlos durch 3D-Druck realisieren. Verbesserte Wärmeaustauscheffizienz und reduziertes Gewicht, Volumen und Herstellungskosten sind weitere Vorteile, die der 3D-Druck bieten kann. Materialien sind jedoch ein weiterer wichtiger Aspekt für den 3D-Druck von Wärmetauschern.

Kürzlich hat ein führender inländischer Hersteller von 3D-Druckmaterialien aus Aluminiumlegierungen ein 3D-Druckmaterial aus Aluminiumlegierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf den Markt gebracht. Das Produkt trägt den Namen HC 200, um seine ultrahohe Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger als 200 W/(m·K) zu zeigen.

Das Prinzip der Metallwärmeleitung, Materialien und inhärente Mängel des 3D-Drucks

Die Essenz der metallischen Wärmeleitung besteht darin, dass sich im Inneren des Metalls frei bewegliche Elektronen befinden. Wenn ein Teil des Metalls Wärme aufnimmt, nimmt die Energie der freien Elektronen im erhitzten Teil zu, die Bewegung intensiviert sich und sie kollidieren ständig mit Metallionen, um Energie auszutauschen, wodurch Wärme von einem Teil zum anderen übertragen wird. Damit Metalle eine höhere Wärmeleitfähigkeit erhalten, müssen Elektronen "ungehindert" im Metall sein, dh es sollten genügend Defekte im Metallmaterial vorhanden sein und es sollte weniger Behinderung durch Verunreinigungen oder andere Phasen geben. Dies stellt sehr hohe Anforderungen an die Zusammensetzungskontrolle und den Aufbereitungsprozess von Materialien.

Unter den Aluminiumlegierungsmaterialien sind Qualitäten mit hoher Wärmeleitfähigkeit (insbesondere höher als 200) sehr begrenzt, und die am häufigsten verwendete ist die Aluminiumlegierung 6063. 6063 ist eine verformte Aluminiumlegierung der AlMg-Reihe, die Hauptlegierungselemente umfassen Al, Mg, Cr, Cu, Si usw. Seine Wärmeleitfähigkeit ist höher als 200 W/(m·K), im Allgemeinen 210, und hat eine Streckgrenze von nicht weniger als 160 MPa und eine Dehnung von 8 Prozent nach T6-Wärmebehandlung. Und 6063 hat eine gute Plastizität und kann eloxiert werden, daher ist es das Material der Wahl für verschiedene Arten von Heizkörpern. Bei anderen bestehenden Qualitäten von Aluminiumlegierungsmaterialien ist die Wärmeleitfähigkeit nicht höher als 200. Da reines Aluminium keine anderen Legierungselemente enthält, erreicht seine Wärmeleitfähigkeit 230 W/(m·K).

Obwohl die Aluminiumlegierung 6063 ein sehr gutes Material ist, kann sie nicht direkt für den Metall-3D-Druck verwendet werden. Bei der Legierung handelt es sich um eine verformte Aluminiumlegierung, die für das Gießverfahren geeignet ist, jedoch nicht für das SLM-Selective-Laser-Melting-3D-Druckverfahren mit hoher Abkühlrate geeignet ist. Das Endergebnis ist, dass beim Drucken des Legierungspulvers 6063 durch das SLM-Verfahren große und kleine Mikrorisse entstehen und das Material nicht verwendet werden kann. Gegenwärtig versuchen einige Forscher, die 6063-Legierungen druckbar zu machen, indem sie die Zusammensetzung modifizieren oder Nanophasen hinzufügen, und haben einige Ergebnisse erzielt, aber sie wurden nicht kommerzialisiert.

Derzeit ist AlSi10Mg-Material auf dem Markt weit verbreitet. Obwohl seine Wärmeleitfähigkeit nicht niedrige 140 W/(m·K) erreicht hat, ist AlSi10Mg für Anwendungen, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit erfordern, machtlos.

Hochleistungs-Wärmeableitung 3D-Druck-Aluminiumlegierung hat einen Durchbruch erzielt

Um druckbare 3D-Druckmaterialien aus Aluminiumlegierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Leistung zu entwickeln, hat das heimische Team mehr als ein Jahr unabhängiger Forschung und Entwicklung verbracht und schließlich erfolgreich das Doppelte Zweihundert (Wärmeleitfähigkeit übersteigt 200 W/(m K) und Zugfestigkeit ist höher als 200 MPa) HC 200 Aluminium-Materialentwicklung mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Die folgende Tabelle ist ein Vergleich der Materialeigenschaften von HC200, 6063 und AlSi10Mg:

Mit seiner ultrahohen Leistungsfähigkeit eignet sich dieses Material für leichte und komplexe Struktur- oder Funktionsteile, die hohe Anforderungen an die Wärmeableitung stellen und sich besonders für das Design und die Entwicklung neuer Kühlkörper (insbesondere Mikrokanal-Kühlkörper) eignen. Mit innovativen Materiallösungen, gepaart mit den technischen Vorteilen des Metall-3D-Drucks, hoffen wir, zur Produktentwicklung neuer Heizkörper beizutragen.

Wenn Sie sich für den HC 200 mit mittlerer und hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Festigkeit interessieren, hat JR einen Druckservice für Aluminium mit hoher Wärmeleitfähigkeit gestartet. Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit Kunden, die an druckbaren Aluminiumlösungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit interessiert sind.