Conflux가 AM 열교환기에서 초박형 기밀 벽을 달성하는 방법

고성능 열교환기용, gas 견고성은 기본 요구 사항입니다.. 항공우주, 자동차 및 첨단 에너지와 같은 분야에서, 열 교환기 는 열 전달 효율을 극대화하면서 압력을 받는 유체를 안정적으로 분리해야 합니다. 컨플럭스 세트 AM 열교환기 부문의 벤치마크는 다음과 같습니다. 달성ing 기밀성 초박형 벽, 얇은 300 미크론.  
 
기존 제조 방식은 집중적인 금속 성형, 성형, 성형을 통해 더 얇은 벽을 생산할 수 있지만 이러한 양식 를 복잡한 지오메트리로 변환하는 것은 엄청나게 어렵고 비용이 많이 듭니다. 바로 여기에서 AM 및 Conflux 엑셀. 우리는 다음을 깨닫습니다. 높은 완성도x 지오메트리를 비교적 쉽게 만들 수 있습니다. 도전 과제이자 현재 진행 중인 영역은 다음과 같습니다. 계속하려면 밀어내기 미니뮤m 벽 두께 이브n 낮은. 

적층 제조에서 "기밀"이란 무엇을 의미하나요?

AM의 맥락에서 "기밀"은 기체 대 기체, 기체 대 액체 또는 액체 대 액체 등 내부 영역 간의 누출을 방지하는 벽의 기능을 의미합니다. 기밀성을 평가하는 업계 표준은 압축 공기 침수 테스트이며, 관찰 가능한 공기 누출은 불합격으로 간주됩니다. 이 방법론은 대부분의 유체에 효과적이지만 특정 응용 분야에서는 추가적인 복잡성이 발생합니다.

예를 들어 수소와 헬륨과 같은 가스는 감지할 수 있는 결함 없이도 분자 수준에서 금속을 투과할 수 있습니다. 이러한 분자 투과성으로 인해 재료 선택, 설계 최적화 및 테스트 방법론이 더욱 중요해집니다. 로켓 엔진 냉각이나 헬륨을 사용하는 첨단 에너지 시스템과 같은 분야에서는 가스 기밀성을 정의할 때 적절한 테스트 프로토콜과 승인 기준을 개발하기 위해 고객과의 긴밀한 협력이 필수적입니다.

AM 열교환기에서 가스는 어디에 사용되나요?

가스는 AM 열교환기의 최종 응용 분야와 제조 공정 모두에서 중요한 역할을 합니다. 애플리케이션 측면에서 AM 열교환기는 공기, 배기가스, 수소, 헬륨(및 기타 여러 유체)을 열 관리해야 하는 시스템에서 사용됩니다. 터보차저 엔진, 로켓 추진 시스템, 산업 기계용 소형 열 제어 장치 등이 그 예입니다.

금속 적층 제조(AM) 공정에서 아르곤과 같은 불활성 가스는 안정적이고 오염 없는 제작 환경을 유지하는 데 매우 중요합니다. 레이저 파우더 베드 용융 과정에서 아르곤은 산소와 수분을 대체하여 용융 금속의 산화를 방지하고 내포물이나 표면 열화와 같은 결함의 위험을 줄이는 데 사용됩니다. 차폐 가스의 열 및 흐름 특성은 변화하면 스패터, 일관되지 않은 용융 풀 또는 부품 무결성 저하로 이어질 수 있으므로 엄격하게 제어해야 합니다. 대형 시스템에서 이러한 문제를 해결하기 위해 3D 프린팅 장비 제조업체는 AMCM은 Conflux와 협력하여 M 4K 플랫폼용 컴팩트한 고효율 아르곤 가스 열교환기를 설계했습니다.. 이 솔루션은 가스 온도를 안정화하고 장시간의 제작 기간 동안 일관된 열 조건을 지원하여 까다로운 생산 환경에서도 부품 품질을 보호합니다.

기밀성을 달성하기 위한 주요 기술적 과제는 무엇인가요?

기밀성 확보는 인쇄를 시작하기 훨씬 전부터 시작되므로 여러 가지 상호 연결된 요소를 신중하게 고려해야 합니다.

1. 디자인 및 기하학

적층 가공을 통해 매우 복잡한 형상의 열교환기를 생산할 수 있으며, 이러한 설계의 자유로움은 특정 제조 과제를 해결해 줍니다:

• • 빌드 방향: 는 적층 제조 공정에서 부품이 레이어별로 제작되는 방향을 의미하며 표면 품질, 서포트 요구 사항 및 제작 시간에 영향을 미쳐 제조 가능성에 큰 영향을 미칩니다.
  • 다운스킨 표면: 아래쪽을 향한 표면은 적층 제조의 레이어 스테핑 공정으로 인해 마감 처리가 거칠어지기 쉬우며, 더 얇은 레이어(예: 20미크론)로 더 매끄러운 마감 처리를 할 수 있지만 제작 시간과 비용이 더 많이 듭니다.
  • 내부 오버행: 후처리가 불가능한 경우가 많으므로 디자인은 본질적으로 자체적으로 지원되어야 합니다.

빌드 플랫폼에 부착된 부품으로 업스킨 쪽, 다운스킨 쪽을 보여줍니다. 이 파트 방향에는 오버행 기능이 있습니다.

2. 다공성 및 미세 결함

기공은 응고 과정에서 가스 기포가 용융 풀에 갇힐 때 발생합니다. 벽이 두꺼운 부품에서는 미세한 다공성이 허용될 수 있지만, 벽이 얇은 고정밀 부품에서는 미세한 기공도 가스 기밀성을 저하시킬 수 있습니다. Conflux는 300미크론까지 기밀하고 결함 없는 벽을 프린트할 수 있는 핵심 기능을 개발했습니다.

공정의 물리학은 이러한 한계, 특히 레이저 스폿 크기(일반적으로 80마이크론)와 파우더 입자 직경(25~90마이크론)을 정의합니다. 이러한 매개변수는 최소 피처 크기와 마감 해상도에 근본적인 제약을 가합니다.

위의 모넬 K500 테스트 표본은 레이저 분말 베드 용융(LPBF) 파라미터가 결함 형성에 미치는 영향을 보여줍니다.

의 표본은 오른쪽 는 최적화되고 맞춤화된 LPBF 파라미터의 결과를 보여 주며, 최소한의 기공을 생성합니다. 나머지 기공은 작고 구형이며 그 수가 제한되어 있어 기계적 성능과 재료 무결성을 위해 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.

반면에 왼쪽 표본은 부적합한 LPBF 매개변수로 인해 광범위한 다공성 및 관련 결함이 발생하는 결과를 보여줍니다.

3. 재료 선택

재료 선택은 성능, 제조 가능성 및 가스 봉쇄(특히 앞서 언급한 헬륨 및 수소와 같은 일부 가스의 경우)의 균형을 맞추는 데 매우 중요합니다. Conflux는 각 고객의 성능 요구 사항에 맞는 합금을 선택하고 엄격한 프로세스를 거쳐 새로운 재료를 당사 시설에 온보딩합니다.

일반적으로 사용되는 합금은 다음과 같습니다:

• • AlSi10Mg 알루미늄: 가볍고 열전도율이 높으며(130-150W/mK), 기존 적층 제조 공정. 내식성 및 온도 상한에 의해 제한됨.
  • 316L 스테인리스 스틸: 내식성이 우수하고 최대 600°C 이상에서 안정적이며 열전도율이 낮습니다(15~20W/mK).
  • 모넬 K500: 고온 및 내화학성이 뛰어나며 결함을 방지하기 위해 엄격한 공정 관리가 필요합니다.
  • 인코넬 및 티타늄: Conflux의 새로운 AM 소재인 인코넬과 티타늄은 까다로운 응용 분야에 새로운 기회를 열어줍니다. 인코넬은 모넬과 유사한 응용 분야로 산업 전반에 걸쳐 널리 사용됩니다.

Conflux는 각 고객의 성능 요구 사항에 맞는 합금을 선택합니다.

Conflux는 기밀 열교환기를 어떻게 검증하고 인증합니까?

자격 요건은 고객, 산업 및 애플리케이션에 따라 다릅니다. Conflux는 다음과 같은 엄격한 내부 품질 프로세스를 유지합니다:

• 기술 청결도 검사
• 계측 검사
• 보정된 압력 테스트 도구
• 모든 가스 압력 테스트에 대한 비디오 문서
• 다음을 포함한 비파괴 검사 방법 호주 싱크로트론의 CT 스캐닝 내부 구조의 현미경 분석용

대부분의 경우 부품 인증은 작업 명세서를 통해 계약에 따라 정의됩니다. 일부 고객은 완전한 테스트 추적성을 요구하고, 다른 고객은 부품이 지정된 조건에서 작동한다는 증거만 필요로 합니다.

"자격은 고객마다 다른 의미를 갖습니다."라고 Ian은 덧붙입니다. "어떤 고객에게는 단순히 기능에 대한 증명이기도 합니다. 다른 고객에게는 향후 수백 개의 부품에 적용되어야 하는 프로세스를 승인하는 것이기도 합니다. 따라서 내부 QA 프로세스에는 추적 가능한 보정, 비디오 문서화 및 상세한 보고가 포함됩니다." Ian Fordyce, R&D 책임자, Conflux

150마이크론 핀은 어떻게 컨플럭스 열교환기를 향상시킬 수 있을까요?

Conflux는 다음과 같이 얇은 벽을 제작하여 열교환기 설계의 한계를 뛰어넘었습니다. 유체 영역 내 150미크론. 이러한 초박형 '벽'은 기밀 장벽이 아닌 (유체에서 튜브 벽으로 열을 전달하는) 또는 (유체 혼합을 돕는) 터뷸레이터 역할을 합니다. 이러한 형상은 크기에 관계없이 거의 모든 열교환기에 필수적인 요소입니다. 핀 또는 터뷸레이터 벽의 양쪽이 동일한 유체에 노출되기 때문에 이러한 기능에는 기밀 무결성이 필요하지 않습니다. 핀 두께를 줄임으로써 Conflux는 주어진 열교환기에 더 많은 표면적을 확보하여 열 전달 효율을 극대화할 수 있습니다.

복잡한 핀 형상으로 열 전달을 향상하고 압력 강하를 줄입니다.

역량 향상: 프로세스 통합 및 지속적인 R&D

금속 적층 제조의 기밀성은 한 번의 결정으로 달성되는 것이 아닙니다. 설계, 재료, 공정 제어 및 검사 전반에 걸친 통합 최적화의 결과입니다. 성공하려면 설계, 재료, 공정 제어 및 검사 전반에 걸친 통합 최적화의 결과가 필요합니다. 성공하려면 초기 형상 최적화 및 제작 방향 선택부터 재료 선택, 다공성 완화 전략 및 제작 후 테스트 프로토콜에 이르기까지 모든 단계에서 트레이드오프를 관리해야 합니다.

컴팩트한 고효율 열 솔루션에 대한 수요가 증가함에 따라 신뢰할 수 있고 검증된 적층 제조 부품에 대한 요구사항이 더욱 강화되고 있습니다. 콘플럭스는 지속적인 R&D를 통해 새로운 합금, 더 큰 빌드 볼륨, 달성 가능한 성능의 한계를 확장하는 공정 혁신을 위한 LPBF 파라미터를 개발하여 역량을 발전시키고 있습니다.

개선 프로그램의 일환으로 Conflux는 레이저 스폿 크기가 40마이크론으로 더 작은 최신 LPBF 장비의 사용도 검토하고 있습니다. 이러한 시스템은 더 미세한 해상도와 더 얇은 벽 기능을 제공할 수 있는 잠재력을 제공합니다.

기밀성은 단순한 테스트 요건이 아니라 제조 우수성과 설계 역량을 나타내는 근본적인 척도입니다.