コンフラックスがAM熱交換器の超薄型気密壁を実現した理由

高性能熱交換器用、 gとして タイトであることが基本条件. 航空宇宙、自動車、先進エネルギーなどの分野である、 熱交換器 は、熱伝達効率を最大化しながら、圧力下で確実に流体を分離しなければならない。 コンフラックス・セット によって、AM熱交換器部門のベンチマークとなる。 アチーブイング ガス気密性の高い極薄の壁、 薄い 300ミクロン.  
 
伝統的な製造業では、集中的な金属成形や整形によって、さらに薄い壁を作ることができるが これらのフォーム 複雑な形状にすることは、法外に難しく、コストがかかる。そこで 午前 とコンフラックス 優れている。私たちは 完成度が高いx ジオメトリーを比較的簡単に作ることができる。我々の課題、そして現在進行中のフロンティアは以下の通りである。 続ける プッシング ミニムm 肉厚前夜n 下. 

積層造形における「ガスタイト」とは？

AMの文脈では、「気密性」とは、気体対気体、気体対液体、液体対液体のいずれであっても、内部領域間の漏れを防ぐ壁の能力を表す。気密性を評価する業界標準は、圧縮空気浸漬試験である。この方法はほとんどの流体に有効ですが、特定の用途ではさらに複雑な問題が生じます。

例えば、水素やヘリウムのようなガスは、検出可能な欠陥がなくても、分子レベルで金属を透過する。この分子浸透により、材料の選択、設計の最適化、試験方法がより重要になります。ロケットエンジンの冷却やヘリウムを含む高度なエネルギーシステムなどの用途では、ガス気密性を定義する際に適切な試験プロトコルと受け入れ基準を開発するために、顧客との緊密な協力が不可欠になります。

AM熱交換器でガスはどこで使われるのか？

ガスは、AM熱交換器の最終用途と製造工程の両方で重要な役割を果たします。用途面では、AM熱交換器は空気、排気ガス、水素、ヘリウム（その他多くの流体）を熱管理しなければならないシステムで使用されています。例えば、ターボチャージャーエンジン、ロケット推進システム、産業機械の小型熱制御ユニットなどがあります。

金属積層造形（AM）プロセスにおいて、アルゴンなどの不活性ガスは、汚染のない安定した造形環境を維持するために極めて重要です。レーザー粉末床溶融の際、アルゴンは酸素と水分を置換するために使用され、溶融金属の酸化を防ぎ、介在物や表面劣化などの欠陥のリスクを低減します。シールドガスの熱および流動特性は厳密に制御する必要があり、そのばらつきはスパッタ、一貫性のない溶融プール、または部品の完全性の低下につながる可能性があります。大判システムにおけるこのような課題に対処するため、AM機メーカーである AMCMはコンフラックスと共同で、M 4Kプラットフォーム用のコンパクトで高効率なアルゴンガス熱交換器を開発した。.このソリューションは、ガス温度を安定させ、長時間のビルドでも一貫した熱条件をサポートし、要求の厳しい生産環境でも部品の品質を守ります。

ガス稠密化における主な技術的課題とは？

気密性の確保は、印刷を開始するずっと前から始まっており、相互に関連する複数の要因を注意深く考慮する必要がある。

1.デザインと形状

AMは非常に複雑な形状の熱交換器の製造を可能にするが、この設計の自由度には製造上の特有の課題が伴う：

• • ビルドオリエンテーション： とは、AMプロセス中に部品が層ごとに構築される方向のことで、表面品質、サポート要件、および造形時間に影響を与えることにより、製造性に大きく影響する。
  • ダウンスキンの表面： 下向きの表面は、AMビルドのレイヤー・ステッピング・プロセスのために粗い仕上げになりやすい。より薄いレイヤー（例えば20ミクロン）を使用すれば、ビルド時間とコストは高くなるものの、より滑らかな仕上げを達成できる。
  • 内部の張り出し： 多くの場合、後処理ができないため、デザインは本質的に自立していなければならない。

ビルドプラットフォームに取り付けられた部品。この部品の向きにはオーバーハングがある。

2.気孔率と微小欠陥

気孔は、凝固中にガス気泡がメルトプール内に捕捉されることで発生する。厚肉部品では軽微な気孔は許容されるかもしれませんが、薄肉の高精度部品では、微細な気孔でもガス気密性を損なう可能性があります。コンフラックスでは、ガス気密性が高く、欠陥のない壁を300ミクロンまで印刷するコア能力を開発しました。

具体的には、レーザースポット径（通常80ミクロン）と粉末粒子径（25～90ミクロン）である。これらのパラメータは、最小フィーチャーサイズと仕上げ解像度に基本的な制約を与えます。

上記のモネルK500試験片は、レーザー粉末床融合（LPBF）パラメータが欠陥形成に及ぼす影響を示している。

上の標本 右 は、最適化されカスタマイズされたLPBFパラメータの結果を示しており、最小限の気孔率を生み出している。残りの気孔は小さく、球形で、数が限られており、機械的性能と材料の完全性にとって望ましい結果である。

これに対して 左 試験片は、LPBFパラメータが不適切であったために、広範な気孔率とそれに伴う欠陥が生じたことを明らかにしている。

3.素材の選択

材料の選択は、性能、製造性、ガス封じ込め（特にヘリウムや水素など、先に述べたいくつかのガス）のバランスを取るために非常に重要です。コンフラックスでは、各顧客の性能要件に合わせた合金を選択し、厳格なプロセスを経て新素材を当社施設に導入しています。

よく使われる合金は以下の通り：

• • AlSi10Mg アルミニウム： 軽量、高熱伝導率（130-150 W/mK）、AM加工を確立。耐食性と温度上限による制限。
  • 316Lステンレススチール： 優れた耐食性、600℃+まで安定、低い熱伝導率（15-20 W/mK）。
  • モネルK500： 耐高温性、耐薬品性に優れるが、欠陥を避けるために厳密な工程管理が必要。
  • インコネルとチタン： コンフラックスの新しいAM材料として、インコネルとチタンは要求の厳しい用途に新たな機会を開きます。インコネルはモネルと同様の用途で、産業界で広く使用されています。

コンフラックスは、各顧客の性能要件に合わせて合金を選択します。

コンフラックスはどのようにガス気密熱交換器を検証し、認定していますか？

認定要件は、お客様、業界、用途によって異なります。コンフラックスは、以下のような厳格な社内品質プロセスを維持しています：

• 技術的清浄度検査
• 計測検査
• 校正済み圧力テストツール
• すべてのガス圧テストのビデオ記録
• 以下を含む非破壊検査法 オーストラリア・シンクロトロンでのCTスキャニング 内部構造の顕微鏡分析用

多くの場合、部品認証は作業記述書（Statement of Work）を通じて契約上定義される。完全なテスト・トレーサビリティを要求する顧客もあれば、単に指定された条件下で部品が動作することの証明が必要な顧客もあります。

「クオリフィケーションとは、顧客によって異なる意味を持つ」とイアンは付け加える。「ある顧客にとっては、機能証明に過ぎない。ある顧客にとっては、単に機能を証明することですが、別の顧客にとっては、将来的に何百もの部品に適用されるプロセスにサインオフすることです。ですから、私たちの社内QAプロセスには、トレーサブルなキャリブレーション、ビデオによる文書化、詳細なレポートが含まれています」。コンフラックス、研究開発責任者、イアン・フォーダイス氏

150ミクロンフィンはどのようにコンフラックス熱交換器を強化するのか？

コンフラックスは、熱交換器設計の限界に挑戦し、以下のような薄い壁を製造してきました。 流体領域内で150ミクロン.このような極薄の「壁」は、気体密閉バリアではなく、（流体からチューブ壁への熱伝達）または（流体の混合を助ける）タービュレーターとして機能する。このような形状は、サイズに関係なく、ほぼすべての熱交換器に不可欠です。フィンやタービュレーターの壁の両側は同じ流体にさらされるため、これらの機能は気密性を必要としません。フィンの厚みを減らすことで、コンフラックスは与えられた熱交換器により多くの表面積を詰め込むことができ、それによって熱伝達効率を最大化することができます。

複雑なフィン形状は、熱伝達を強化し、圧力損失を低減します。

能力の向上プロセス統合と継続的研究開発

金属AMにおける気密性は、一つの決定によって達成されるものではない。設計、材料、工程管理、検査にわたる統合された最適化によって達成されるのです。成功には、設計、材料、工程管理、検査にわたる統合された最適化の結果が必要です。初期形状の最適化や製造方向の選択から、材料の選択、気孔率の緩和戦略、製造後の検査プロトコルに至るまで、あらゆる段階でトレードオフを管理することが必要です。

コンパクトで高効率なサーマルソリューションの需要が高まるにつれ、信頼性が高く検証されたAMコンポーネントの要件はますます高まっています。コンフラックスの継続的なR&Dは、新しい合金、より大きな造形量、達成可能な性能の境界を広げるプロセス革新のためのLPBFパラメータを開発することにより、当社の能力を向上させています。

改良プログラムの一環として、コンフラックスは、より小さなレーザースポット・サイズ（40ミクロン程度）を備えた新しいLPBF機の使用も研究しています。これらのシステムは、さらに微細な解像度と薄肉化の可能性を提供します。

ガス気密性は、単なる試験要件以上のものであり、当社の卓越した製造能力と設計能力を示す基本的な指標です。