Valutazione dei blocchi di raffreddamento stampati in 3D al MAX IV
A Laboratorio MAX IVI ricercatori esplorano continuamente nuove tecniche di produzione per migliorare l'efficienza e ampliare le loro competenze tecniche. Nell'ambito di un progetto interno studio di opportunità sulla stampa 3D dei metalliÈ stato condotto un test per valutare la fattibilità di Blocchi di raffreddamento stampati in 3D utilizzando CuCrZr.
L'obiettivo era quello di confrontare Blocchi di raffreddamento stampati in 3D e lavorati in modo tradizionale, concentrandosi su tolleranze dimensionali, prestazioni di raffreddamento e idoneità per applicazioni in ultra-alto vuoto (UHV).
Perché considerare la stampa 3D per i blocchi di raffreddamento?
Nelle applicazioni di sincrotrone, i sistemi di raffreddamento sono cruciali per Gestione dell'accumulo di calore. I blocchi di raffreddamento tradizionali hanno in genere canali rettilinei forati collegati da tubi o con uscite sigillate. Tuttavia, questi metodi presentano delle limitazioni:
🔹 Flessibilità di progettazione limitata - I metodi convenzionali rendono difficile o impossibile la produzione di canali di raffreddamento interni complessi.
🔹 Potenziali rischi di perdite - Ogni collegamento o guarnizione aumenta la possibilità di perdite.
🔹 Costi più elevati per geometrie complesse - Gli assemblaggi in più parti richiedono una lavorazione e una manodopera aggiuntive.
Con Stampa 3D, i canali di raffreddamento possono essere integrato direttamente nella struttura, consentendo una maggiore gestione termica efficiente riducendo al contempo complessità dell'assemblaggio.
Selezione del materiale: Perché CuCrZr?
CuCrZr (rame-cromo-zirconio) è stato scelto in base a precedenti test di compatibilità con il vuoto al MAX IV. Rispetto a rame puro e rame standardIl CuCrZr è risultato essere il La migliore opzione per le applicazioni UHV, offrendo:
✅ Elevata conducibilità termica - Essenziale per un raffreddamento efficiente.
✅ Resistenza meccanica sufficiente - A differenza del rame privo di ossigeno, il CuCrZr è in grado di creare guarnizioni a lama di coltello utilizzato in UHV.
✅ Migliore compatibilità con il vuoto - Si comporta bene in condizioni di altissimo vuoto.
Test del blocco di raffreddamento stampato in 3D
Design del blocco di raffreddamento
Il blocco di raffreddamento è stato progettato con canali interni curvisfruttando il vantaggio di La capacità della stampa 3D di creare geometrie complesse. Le filettature per i connettori sono state lavorate successivamente e non stampate direttamente in 3D.
Disegni tecnici
I disegni tecnici evidenziano le strutture del canale interno e considerazioni generali sulla progettazione.
Figura 2: Disegni tecnici del blocco di raffreddamento che mostrano la disposizione dei canali.
Ordini e stampa con MakerVerse
MakerVerse è una piattaforma per l'approvvigionamento di componenti industriali. Offre un accesso immediato a una catena di fornitura verificata e a una gamma completa di tecnologie di produzione. Grazie a quotazioni, gestione degli ordini e adempimenti basati sull'intelligenza artificiale, MakerVerse aiuta a gestire tutto, dai prototipi iniziali alla produzione su larga scala.
Il pezzo è stato stampato utilizzando LPBF (Laser Powder Bed Fusion) e sono arrivati nei tempi previsti.
Prestazioni e risultati dei test
Precisione dimensionale
Dopo aver ricevuto il blocco di raffreddamento stampato, è stato misurato per verificarne la precisione. La deviazione più significativa è stata 0,2 mmche è stato migliore del previsto.
✅ Lunghezza nominale: 100 mm
✅ Lunghezza misurata: 100,16 mm
Figura 3: Misure CMM che confermano l'elevata precisione dimensionale del pezzo stampato. A sinistra (in alto) e a destra (in basso).
Qualità della superficie e rimozione della polvere
- Rugosità della superficie: Ra 8-10 µm, coerente con le stampe LPBF.
- Nei canali è stato trovato un po' di polvere residua, ma questo è accettabile, in quanto MAX IV esegue la pulizia interna per i componenti UHV.
Confronto delle prestazioni di raffreddamento
Il blocco di raffreddamento è stato testato in condizioni di Condizioni di raffreddamento MAX IV modificate:
🔹 Flusso d'acqua:0,4 l/min
🔹 Ingresso di calore: 200W
🔹 Monitoraggio della temperatura: termocoppias on blocco e bagnator ingressos/uscite
Risultati principali
Il Il blocco stampato in 3D ha dato buoni risultati, anche se la versione lavorata aveva efficienza di raffreddamento leggermente migliore a causa della sua angoli del canale più nettiche ha migliorato il trasferimento di calore.
Il Blocco stampato in 3D con canali multipli ha mostrato le migliori prestazioni di raffreddamento, come previsto, grazie a Percorsi di flusso più lunghi e vicinanza alla superficie.
Figura 4: Sezione trasversale del blocco di raffreddamento che mostra i canali interni dopo il taglio.
Applicazioni future e passi successivi
Sulla base di questa valutazione, MAX IV vede potenziale dei componenti di raffreddamento stampati in 3D in applicazioni future. Anche se questo particolare blocco di prova non era destinato all'uso diretto nelle apparecchiature, ha fornito intuizioni preziose per i progetti futuri.
Punti di forza
✔ La stampa 3D consente di realizzare canali di raffreddamento più complessiche possono migliorare le prestazioni in applicazioni specifiche.
✔ Le tolleranze dimensionali erano migliori del previstorendendo l'LPBF un'opzione valida per i pezzi di precisione.
✔ Ulteriori test, come la caduta di pressione e il rilascio di particelle, potrebbero beneficio una valutazione più completa.
In progetti futuri, MAX IV potrebbe esplorare geometrie di raffreddamento alternativecome le strutture reticolari, per migliorare la dissipazione del calore.
Processo semplice e affidabile
Il processo di ordinazione e di ricezione del pezzo stampato in 3D è stato semplice ed efficiente.
I punti salienti della collaborazione:
✅ Facile ordinazione online - Caricare il file STL, ottenere un preventivo immediato ed effettuare l'ordine è stato facile.
✅ Produzione di precisione - La parte finale è la precisione dimensionale è stata migliore del previstocon una deviazione minima.
✅ Assistenza clienti affidabile - Il feedback e l'assistenza del team di MakerVerse sono stati utile durante tutto il processo.
Nils Pistora, ingegnere meccanico presso MAX IV, ha condiviso la sua esperienza:
"Basta caricare il file STL su MakerVerse ed effettuare un ordine. Non potrebbe essere più semplice. Le tolleranze dimensionali sono state sorprendentemente buone, superando le aspettative. La facilità d'uso della vostra pagina web, unita alla quotazione istantanea e al feedback utile di Kaitlin Wong, ha reso il processo senza intoppi".
Una preziosa esperienza di apprendimento
Questa valutazione di Blocchi di raffreddamento stampati in 3D ha fornito al MAX IV dati preziosi sulla fattibilità di produzione additiva di metalli per le applicazioni di raffreddamento.
Mentre Le parti lavorate offrono ancora prestazioni leggermente migliori, La capacità della stampa 3D di creare geometrie interne complesse lo rende un opzione valida per progetti specifici.
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