OLA

Nghiên cứu trường hợp: Lõi trao đổi nhiệt dạng lưới cầu xếp

Thép không gỉ 316L | Đúc chọn laser (SLM) | Quản lý nhiệt độ nhỏ gọn

Ứng dụng in 3D kim loại

1. Bối cảnh

Một OEM hệ thống nhiệt công nghiệp đã phát triển một bộ trao đổi nhiệt nhỏ g thế hệ tiếp theo cho dòng khí quy trình nhiệt độ cao. Thiết kế ống lá đúc truyền thống đã đạt đến giới hạn diện tích bề mặt: nó quá lớn cho không gian lắp đặt có sẵn, và các hỏng hóc tại mối hàn đúc đã gây ra thời gian chết tốn kém. Đội ngũ kỹ thuật cần một bước đột phá về mật độ truyền nhiệt thể tích mà sản xuất truyền thống không thể đáp ứng.

2. Thách thức

Yêu cầu thiết kế bao gồm:

· Gấp ba lần diện tích bề mặt truyền nhiệt trong cùng không gian lắp đặt

· Vận hành liên tục ở 600 °C trong môi trường khí quy trình ăn mòn

· Loại bỏ tất cả các mối hàn đúc — cấu tạo hoàn toàn bằng một mối cho dịch vụ không rò rỉ

· Chịu được chu trình nhiệt giữa 25 °C và 600 °C mà không bị hỏng hóc do mỏi

· Giảm 50% trọng lượng so với thiết kế ống lá đúc truyền thống

· Giao hàng trong vòng dưới 4 tuần để xác minh mẫu thử

3. Giải pháp

Lõi trao đổi nhiệt đã được thiết kế lại thành cấu trúc lưới cầu xếp đồng nhất, được sản xuất bằng Đúc chọn laser (SLM) từ thép không gỉ 316L.Hình học bao gồm hàng nghìn vi cầu giống hệt nhau (~3 mm) được sắp xếp theo mảng hình học vuông vắn đều đặn, mỗi cầu được nối liền với các cầu lân cận tại các điểm tiếp xúc để tạo thành một ma trận xốp liên tục, kín nước. Cấu trúc này mang lại tỷ diện tích thể tích chưa từng có — không thể sản xuất được bằng các phương pháp gia công, đúc hoặc hàn thông thường — trong khi vẫn giữ được các đường dẫn chảy mở cần thiết cho cả dòng nóng và dòng lạnh.

 

Hình 1: Lõi dạng tổ ong cầu in 3D bằng SLM 316L — hướng thẳng đứng, tích hợp đế để lắp đặt trực tiếp

4. Kết quả

· 3× truyền nhiệt — diện tích bề mặt so với thiết kế ống lá truyền thống cùng kích thước

· Không có đường rò rỉ — đơn khối hoàn toàn, không có mối hàn hoặc đường hàn

· Giảm 50% trọng lượng — so với lõi lá thép không gỉ thông thường

· Thời gian giao hàng: 3 tuần — từ CAD đến lõi in hoàn chỉnh

· Vận hành liên tục — đã được xác thực ở 600 °C trong khí quy trình ăn mòn

· Chứng nhận đầy đủ — 316L / tuân thủ ASTM A276, RoHS & REACH

“Tổ ong dạng cầu mang lại mật độ truyền nhiệt mà chúng tôi không tin là có thể đạt được trong một linh kiện bằng thép không gỉ. ”Nó đã hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao trong hơn sáu tháng mà không có sự cố bảo dưỡng nào.

 

Hình 2: Hướng lắp đặt ngang — thể hiện sự linh hoạt về hình học cho các cấu trúc dòng khác nhau

 

Hình 3: Cận cảnh mảng xếp bóng — các quả cầu đồng nhất 3mm được hàn tại các điểm tiếp xúc, 316L

 

Chất liệu: Thép không gỉ 316L  |  Quy trình: SLM / In 3D kim loại  |  Ứng dụng: Lõi trao đổi nhiệt nhỏ gọn