Hợp kim nhôm để in 3D bộ trao đổi nhiệt

Những tiến bộ trong công nghệ in 3D đã thay đổi cách sản xuất bộ trao đổi nhiệt. Các thiết kế phức tạp và miễn phí không thể thực hiện được bằng các quy trình sản xuất truyền thống có thể dễ dàng thực hiện thông qua in 3D. Cải thiện hiệu quả trao đổi nhiệt và giảm trọng lượng, khối lượng và chi phí sản xuất là những lợi thế khác mà in 3D có thể mang lại. Tuy nhiên, vật liệu là một yếu tố quan trọng khác cần cân nhắc khi in 3D bộ trao đổi nhiệt.

Gần đây, một nhà sản xuất vật liệu in 3D hợp kim nhôm hàng đầu trong nước đã tung ra thị trường vật liệu in 3D hợp kim nhôm có độ dẫn nhiệt cao. Sản phẩm được đặt tên là HC 200 để thể hiện khả năng dẫn nhiệt cực cao không dưới 200W/(m·K).

Nguyên lý dẫn nhiệt kim loại, vật liệu và những khuyết điểm cố hữu của in 3D

Bản chất của sự dẫn nhiệt của kim loại là bên trong kim loại có các êlectron chuyển động tự do. Khi một phần kim loại nhận nhiệt, năng lượng của các electron tự do trong phần bị nung nóng tăng lên, chuyển động mạnh hơn và chúng va chạm liên tục với các ion kim loại để trao đổi năng lượng, từ đó truyền nhiệt từ phần này sang phần khác. Để kim loại có được độ dẫn nhiệt cao hơn, cần yêu cầu các electron bên trong kim loại "không bị cản trở", nghĩa là bên trong vật liệu kim loại phải có đủ khuyết tật và ít bị cản trở bởi tạp chất hoặc các pha khác. Điều này đặt ra những yêu cầu rất cao đối với quá trình kiểm soát thành phần và chuẩn bị nguyên liệu.

Trong số các vật liệu hợp kim nhôm, các loại có độ dẫn nhiệt cao (đặc biệt là cao hơn 200) rất hạn chế và loại được sử dụng phổ biến nhất là hợp kim nhôm 6063. 6063 là hợp kim nhôm biến dạng dòng AlMg, các nguyên tố hợp kim chính bao gồm Al, Mg, Cr, Cu, Si, v.v. Độ dẫn nhiệt của nó cao hơn 200 W/(m K), thường là 210 và có cường độ năng suất không dưới 160MPa và độ giãn dài 8% sau khi xử lý nhiệt T6. Và 6063 có độ dẻo tốt và có thể được anot hóa, vì vậy nó là vật liệu được lựa chọn cho các loại tản nhiệt khác nhau. Trong các loại vật liệu hợp kim nhôm hiện có khác, độ dẫn nhiệt không cao hơn 200. Vì nhôm nguyên chất không chứa các nguyên tố hợp kim khác nên độ dẫn nhiệt của nó đạt 230W/(m·K).

Mặc dù hợp kim nhôm 6063 là một vật liệu rất tốt nhưng nó không thể được sử dụng trực tiếp để in 3D kim loại. Hợp kim này là hợp kim nhôm biến dạng, phù hợp với quy trình đúc, nhưng không phù hợp với quy trình in 3D nóng chảy bằng laser chọn lọc SLM với tốc độ làm mát cao. Kết quả cuối cùng là khi bột hợp kim 6063 được in bằng quy trình SLM, sẽ có các vết nứt nhỏ và lớn, và vật liệu không thể sử dụng được. Hiện tại, một số nhà nghiên cứu đang cố gắng làm cho hợp kim 6063 có thể in được bằng cách sửa đổi thành phần hoặc thêm các pha nano và đã đạt được một số kết quả, nhưng chúng chưa được thương mại hóa.

Hiện nay vật liệu AlSi10Mg được sử dụng rộng rãi trên thị trường. Mặc dù độ dẫn nhiệt của nó đã đạt mức không thấp 140W/(m·K), nhưng đối với các ứng dụng yêu cầu độ dẫn nhiệt cao hơn, AlSi10Mg bất lực.

Hợp kim nhôm in 3D tản nhiệt hiệu suất cao đã tạo ra một bước đột phá

Để phát triển vật liệu in 3D hợp kim nhôm có thể in được với tính dẫn nhiệt cao và hiệu suất cao, nhóm nghiên cứu trong nước đã dành hơn một năm nghiên cứu và phát triển độc lập, và cuối cùng đã thực hiện thành công con số gấp đôi hai trăm (độ dẫn nhiệt vượt quá 200 W/(m K) và độ bền kéo cao hơn 200MPa) Phát triển vật liệu nhôm dẫn nhiệt cao HC 200. Bảng sau đây là bảng so sánh các đặc tính vật liệu của HC200, 6063 và AlSi10Mg:

Với hiệu suất cực cao, vật liệu này phù hợp với các bộ phận có cấu trúc hoặc chức năng nhẹ và phức tạp, có yêu cầu cao về tản nhiệt và đặc biệt phù hợp để thiết kế và phát triển các bộ tản nhiệt mới (đặc biệt là tản nhiệt vi kênh). Với các giải pháp vật liệu sáng tạo, cùng với những lợi thế kỹ thuật của in 3D kim loại, chúng tôi hy vọng sẽ đóng góp vào quá trình phát triển sản phẩm của bộ tản nhiệt mới.

Nếu bạn quan tâm đến HC 200 với độ dẫn nhiệt trung bình và cao và độ bền cao, JR đã ra mắt dịch vụ in cho nhôm dẫn nhiệt cao. Chúng tôi mong muốn được hợp tác với những khách hàng quan tâm đến các giải pháp nhôm dẫn nhiệt cao có thể in được.