Revoluční výkon elektromobilů: Aditivní výroba desek pro tepelný management baterií

Neustálá snaha o elektrifikaci v automobilovém průmyslu posouvá hranice technologie baterií. Elektromobily už nejsou jen výklenkovým produktem, ale představují budoucnost osobní i komerční dopravy. Ústředním prvkem této transformace je lithium-iontová baterie, která určuje dojezd, výkon a životnost elektromobilu. Tyto sofistikované systémy pro ukládání energie však během nabíjecích a vybíjecích cyklů generují značné množství tepla, zejména v náročných podmínkách, jako je rychlé nabíjení nebo jízda s vysokým výkonem. Nekontrolované teplo je nepřítelem zdraví baterií, což vede k jejich zrychlené degradaci, snížení účinnosti, bezpečnostním rizikům (tepelný únik) a v konečném důsledku ke zhoršení jízdních vlastností. Toto je místo Systémy tepelného řízení baterií (BTMS) hrají zásadní a neoddiskutovatelnou roli. V rámci BTMS chladicí deska baterie (známý také jako chladicí deska nebo výměník tepla) je základní součástí, která je zodpovědná za účinný odvod odpadního tepla a udržování optimální provozní teploty článků baterie, obvykle mezi 15∘C a 35∘C.  

Tradičně se tyto chladicí desky vyráběly metodami jako lisování, pájení, vytlačování nebo odlévání, často s použitím více komponentů sestavených dohromady. Tyto konvenční techniky jsou sice do jisté míry účinné, ale narážejí na omezení, zejména pokud jde o rostoucí hustotu energie a složitá omezení týkající se balení moderních baterií pro elektromobily. Dosažení rovnoměrného rozložení teploty ve stovkách nebo tisících jednotlivých článků zabalených do složitých architektur se stává významnou technickou výzvou. Tradiční výrobní metody mají často problémy s vytvořením velmi složité geometrie vnitřních kanálů, která je potřebná pro optimální průtok chladicí kapaliny a maximální plochu pro přenos tepla v rámci omezeného prostoru. To může vést ke snížení účinnosti chlazení, zvýšení hmotnosti systému a omezení flexibility konstrukce bateriového bloku. Kromě toho mohou náklady na nástroje a dodací lhůty spojené s tradičními metodami bránit rychlému vytváření prototypů a opakování konstrukce, což zpomaluje vývojový cyklus nových modelů elektromobilů. Manažeři nákupu a inženýři, kteří se podílejí na zajišťování zdrojů Chlazení baterií elektromobilů řešení neustále hledají inovace, které nabízejí vynikající výkon, nižší hmotnost a rychlejší vývojové lhůty.  

Vstupte Aditivní výroba (AM), běžně známý jako 3D tisk. Konkrétně procesy AM s kovy, jako je laserová fúze v práškovém loži (LPBF), která zahrnuje selektivní laserové tavení (SLM) a přímé laserové spékání kovů (DMLS), se stávají převratnou silou při navrhování a výrobě systémy tepelného managementu. Metal AM umožňuje vytvářet komponenty po vrstvách přímo z 3D CAD dat pomocí vysoce výkonných kovových prášků. Tento přístup zásadně osvobozuje konstruktéry od omezení tradiční výroby. Umožňuje vytvářet chladicí desky s neuvěřitelně složitou vnitřní strukturou, jako jsou složité mřížkové sítě nebo biomimetické kanály, které napodobují přirozené chladicí systémy, maximalizují povrch a optimalizují proudění chladicí kapaliny pro bezkonkurenční tepelný výkon. Tato konstrukční svoboda se přímo promítá do účinnějšího odvodu tepla, lepší teplotní rovnoměrnosti napříč bateriovým blokem a možnosti výrazného odlehčení - což je klíčový faktor pro prodloužení dojezdu elektromobilů. Společnosti specializující se na 3D tisk z kovu, jako je Met3dp, využívají pokročilé technologie práškové metalurgie a tisku k realizaci těchto složitých návrhů s vysokou přesností a integritou materiálu, čímž nabízejí výrobcům a dodavatelům automobilů výkonný nástroj pro zvýšení výkonu, bezpečnosti a životnosti baterií pro elektromobily. Schopnost rychle iterovat návrhy a vyrábět přizpůsobená řešení chlazení bez nutnosti drahého nástrojového vybavení činí AM obzvláště atraktivní jak pro výklenkové vysoce výkonné aplikace, tak stále častěji pro běžný vývoj a výrobu EV. Vzhledem k tomu, že průmysl požaduje stále vyšší výkon baterií a rychlejší nabíjení, role aditivní výroby při výrobě desek tepelného managementu baterií nové generace exponenciálně poroste.  

---

Základní funkce a aplikace: Kde mají 3D tištěné chladicí desky dopad?

Hlavním účelem chladicí desky baterie, ať už tradičně vyráběné nebo vytištěné na 3D tiskárně, je účinný tepelný management. To zahrnuje několik základních funkcí, které jsou klíčové pro optimální provoz a dlouhou životnost akumulátoru pro elektromobily:

1. Odvod tepla: To je ta nejzásadnější role. Během provozu (nabíjení a vybíjení) akumulátorové články generují teplo v důsledku vnitřního odporu a elektrochemických reakcí. Chladicí deska, která obvykle využívá cirkulující kapalné chladicí médium (např. směs vody a glykolu), toto teplo z článků nebo modulů absorbuje a odvádí je do chladiče nebo chladicího zařízení, kde může být odvedeno do okolního prostředí. Účinný odvod tepla zabraňuje tomu, aby články překročily své bezpečné horní teplotní meze, čímž se snižuje riziko zrychlené degradace, ztráty kapacity a tepelného vyčerpání.  
2. Rovnoměrnost teploty: Pouhé odstranění tepla nestačí, stejně důležité je zajistit, aby všechny články v balení pracovaly při podobných teplotách. Teplotní gradienty v celém balení mohou způsobit, že články stárnou různou rychlostí, což vede k nerovnováze, snížení celkové kapacity balení a zkrácení životnosti. chladicí desky vytištěné na 3D tiskárně zde vynikají, protože jejich konstrukční volnost umožňuje složité vedení kanálů, které lze přizpůsobit tak, aby poskytovaly konzistentní chlazení napříč celým bateriovým modulem nebo packem a minimalizovaly teplotní rozdíly mezi jednotlivými články (ΔT).  
3. Předehřátí/zahřátí (v některých systémech): V chladném podnebí může být výkon baterie výrazně nižší. Některé konstrukce BTMS obsahují topné prvky nebo cirkulují teplou chladicí kapalinu přes desky, aby se akumulátor rychleji dostal na optimální provozní teplotu, což zlepšuje výkon při studeném startu a účinnost nabíjení. AM umožňuje integraci funkcí ohřevu potenciálně v rámci stejné složité struktury desek.  
4. Strukturální podpora: V závislosti na architektuře bateriového modulu může chladicí deska někdy plnit sekundární úlohu konstrukční součásti, která přispívá k tuhosti a mechanické integritě bateriového modulu nebo sestavy bateriového modulu. AM umožňuje optimalizovat konstrukci desky pro tepelný výkon i konstrukční požadavky současně.  

Jedinečné výhody, které nabízí aditivní výroba kovů, vedou k zavádění 3D tištěných chladicích desek v rostoucí škále aplikací, zejména tam, kde je klíčovým faktorem výkon, hmotnost a složitost konstrukce. Mezi klíčové oblasti dopadu patří:

• Vysoce výkonná elektrická vozidla: Motoristický sport (Formule E, série elektrických závodů), hyperautomobily a prémiové sportovní elektromobily vyžadují maximální výkon a rychlé využití energie, což vytváří extrémní tepelnou zátěž. Technologie AM umožňuje vytvářet vysoce optimalizované, lehké chladicí desky se složitou vnitřní geometrií (jako je TPMS nebo složité struktury žeber), které jsou schopné zvládnout tyto intenzivní tepelné výzvy, což poskytuje konkurenční výhodu. Snížení hmotnosti je v závodech nejdůležitější a AM to umožňuje.
• Letectví a elektroletectví: Nově vznikající letadla s elektrickým vertikálním vzletem a přistáním (eVTOL) a letadla s elektrickým konvenčním vzletem a přistáním (eCTOL) jsou do značné míry závislá na napájení z baterií. Přísné požadavky na snížení hmotnosti, vysokou spolehlivost a efektivní tepelné řízení v proměnlivých atmosférických podmínkách činí z AM ideální řešení pro výrobu vysoce výkonných chladicích systémů baterií na míru. Tepelná řešení pro letectví a kosmonautiku poskytovatelé stále více zkoumají AM.  
• Prototypování elektromobilů a specifických vozidel: Ve fázi vývoje nových elektromobilů umožňuje AM inženýrům rychle vytvářet prototypy a testovat různé konstrukce chladicích desek bez nutnosti investovat do nákladných nástrojů. To urychluje iterační cyklus návrhu a umožňuje včasné vyladění tepelného výkonu. Je také velmi vhodná pro malosériovou výrobu specializovaných elektrických vozidel, jako jsou elektrické autobusy, nákladní automobily nebo vozidla na zakázku. Zadávání zakázek na tepelná řešení pro automobilový průmysl týmy mohou využít AM pro zrychlení vývojových cyklů.  
• Systémy skladování energie z baterií (BESS): Rozsáhlé instalace BESS, které se používají pro stabilizaci sítě nebo skladování energie z obnovitelných zdrojů, rovněž vyžadují účinný tepelný management, aby byla zajištěna bezpečnost a dlouhá životnost. Zatímco náklady jsou zde často hlavním faktorem, flexibilita konstrukce AM může být výhodná pro optimalizaci chlazení v hustě zabalených kontejnerových řešeních nebo jedinečných rozměrech instalace. Nalezení spolehlivého Výrobce chlazení BESS schopné pokročilých řešení je klíčové.  
• Elektrifikace průmyslových zařízení: S tím, jak se těžké stroje, důlní zařízení a další průmyslové aplikace elektrifikují, vyžadují robustní bateriové systémy schopné provozu v náročných podmínkách. Na zakázku navržené, vysoce výkonné chladicí desky vytištěné na 3D tiskárně mohou zajistit potřebný tepelný management pro tyto náročné aplikace.  

V podstatě jakákoli aplikace, která vyžaduje vynikající tepelný výkon, minimální hmotnost, komplexní integraci balení nebo rychlé přizpůsobení designu bateriového systému, je hlavním kandidátem na využití výkonu 3D tištěných chladicích desek. Tato technologie se rychle posouvá od nástroje pro tvorbu prototypů k životaschopnému řešení pro specializovanou sériovou výrobu, a to díky neustálému zdokonalování procesů AM, materiálů a nákladové efektivitě, které nabízejí inovativní technologie dodavatelé prášku pro 3D tisk kovů a poskytovatelů služeb.

---

Aditivní výhoda: Proč zvolit 3D tisk z kovu pro chladicí desky baterií?

Zatímco tradiční výrobní metody, jako je pájení hliníkových plechů nebo odlévání, slouží automobilovému průmyslu již desítky let, při aplikaci na stále složitější požadavky na chlazení moderních baterií pro elektromobily mají svá omezení. Aditivní výroba kovů, zejména laserová prášková fúze (LPBF), nabízí změnu paradigmatu a přináší výrazné výhody, které přímo řeší tato omezení a uvolňují nové úrovně výkonu a konstrukčních možností. Pro inženýry a manažery nákupu, kteří hodnotí řešení tepelného managementu pro automobilový průmysl, je pochopení těchto výhod zásadní pro přijímání informovaných rozhodnutí o dodávkách.

Klíčové výhody technologie AM pro chladicí desky:

1. Bezkonkurenční volnost designu & Geometrická složitost: To je pravděpodobně nejvýznamnější výhoda. AM vytváří díly vrstvu po vrstvě, čímž zbavuje konstruktéry omezení daných odlévacími formami, lisovacími lisy nebo přístupem k CNC obrábění. To umožňuje:
   • Vysoce optimalizované vnitřní kanály: Vytváření složitých nelineárních cest proudění, proměnlivých průřezů kanálů a prvků, jako jsou trojnásobně periodické minimální plochy (TPMS) nebo složité struktury žeber. Ty maximalizují plochu povrchu pro přenos tepla v daném objemu, což vede k vyšší účinnosti chlazení a rovnoměrnosti teploty (minimalizace ΔT).  
   • Konformní chlazení: Kanály lze navrhnout tak, aby přesně kopírovaly obrysy bateriových článků nebo modulů, což zajišťuje těsný tepelný kontakt a minimalizuje tepelný odpor.
   • Integrované funkce: Montážní body, držáky, kryty snímačů, vstupní/výstupní otvory lze integrovat přímo do konstrukce chladicí desky, čímž se sníží počet dílů, montážních kroků a potenciálních míst úniku.
2. Potenciál odlehčení: AM umožňuje optimalizaci topologie a použití složitých vnitřních mřížkových struktur, čímž se odstraní materiál z nekritických oblastí, aniž by byla narušena strukturální integrita nebo tepelný výkon. Výsledkem jsou výrazně lehčí chladicí desky ve srovnání s tradičními pevnými nebo vícedílnými konstrukcemi. Snížení hmotnosti je u elektromobilů prvořadé pro maximalizaci dojezdu a výkonu. Dodavatelé lehkých automobilových komponentů se stále častěji obracejí na AM.  
3. Konsolidace částí: Složité sestavy, které se tradičně vyrábějí z několika pájených, svařovaných nebo šroubovaných součástí, lze často přepracovat a vytisknout jako jediný monolitický díl. To zjednodušuje dodavatelský řetězec, zkracuje dobu montáže a snižuje náklady, eliminuje potenciální netěsnosti spojené se spoji a zvyšuje celkovou spolehlivost.  
4. Rychlé prototypování a zrychlený vývoj: AM eliminuje potřebu drahého a časově náročného nástrojového vybavení (např. odlévací formy, lisovací formy). Úpravy návrhu lze rychle implementovat v CAD a nové prototypy vytisknout během několika dnů, nikoli týdnů nebo měsíců. To umožňuje inženýrským týmům rychle iterovat návrhy, dříve provádět fyzické testování a výrazně zkrátit celkový životní cyklus vývoje nových bateriových sad a modelů elektromobilů.  
5. Přizpůsobení a malosériová výroba: AM je ekonomicky výhodná pro výrobu chladicích desek na míru konkrétním rozměrům bateriových modulů, požadavkům na výkon nebo platformám vozidel, a to i v malých objemech. To je ideální pro výklenkové vozy, aplikace v motorsportu nebo pro počáteční fáze výroby předtím, než se zavážete k sériové výrobě nástrojů.  
6. Zlepšená tepelná účinnost: Schopnost vytvářet velmi složité vnitřní geometrie se přímo promítá do lepších koeficientů přestupu tepla. Optimalizované průtokové cesty minimalizují tlakové ztráty a zároveň maximalizují turbulenci a kontakt povrchu s chladivem, což vede k účinnějšímu odvodu tepla ve srovnání s jednoduššími konstrukcemi kanálů běžnými v tradiční výrobě.  
7. Flexibilita materiálu: Zatímco tradiční metody jsou často vázány na specifické tvářitelné nebo odlévatelné slitiny, procesy AM, jako je LPBF, mohou pracovat s širší škálou vysoce výkonných slitin optimalizovaných z hlediska tepelné vodivosti a pevnosti, včetně specializovaných slitin hliníku (jako je AlSi10Mg) a mědi (jako je CuCrZr), což umožňuje dosáhnout výkonů přesahujících standardní materiály.

Srovnávací přehled: AM vs. tradiční metody chlazení desek

Vlastnosti	Aditivní výroba kovů (LPBF)	Tradiční metody (pájení, odlévání, lisování)
Složitost návrhu	Velmi vysoká (složité vnitřní kanály, mřížky, TPMS)	Střední až nízká (omezeno nástroji, montáží)
Vnitřní kanály	Možnost vysoce optimalizovaných, konformních, komplexních cest	Jednodušší geometrie, často lineární nebo vrstvené
Odlehčení	Vynikající (optimalizace topologie, mřížky)	Omezené (často pevné nebo vyžadující složitou montáž)
Konsolidace částí	Vysoký potenciál (více částí v jedné)	Nízká (často vyžaduje montáž více kusů)
Vyžadováno nářadí	Žádné (přímá digitální výroba)	Ano (formy, lisovací formy, přípravky – nákladné & časově náročné)
Rychlost prototypování	Velmi rychle (dny)	Pomalý (týdny až měsíce)
Přizpůsobení	Vysoký & nákladově efektivní při nízkých objemech	Obtížný & amp; drahý při nízkých objemech
Tepelná účinnost	Potenciálně vyšší (optimalizovaný povrch/průtok)	Obecně nižší (konstrukční omezení omezují optimalizaci)
Potenciální místa úniku	Minimalizované (monolitická struktura)	Vyšší (spoje, těsnění, pájení/svařování)
Možnosti materiálu	Rostoucí nabídka specializovaných AM prášků (slitiny Al, Cu)	Často se omezují na standardní tvářitelné/odlévatelné slitiny
Náklady (nízký objem)	Konkurenční	Velmi vysoká (amortizace nástrojů)
Náklady (velký objem)	V současné době vyšší (může být konkurenční pro vysokou hodnotu)	Nižší (úspory z rozsahu)

Export do archů

Přestože náklady na jeden díl u AM mohou být při velmi vysokých objemech stále vyšší než u tradičních metod, výhody na úrovni systému - vyšší výkon, nižší hmotnost, rychlejší vývoj, vyšší spolehlivost a zjednodušená logistika - často představují přesvědčivou nabídku hodnoty, zejména u aplikací kritických z hlediska výkonu. S tím, jak technologie AM dozrává, rychlost tisku se zvyšuje a náklady na materiál se snižují, ekonomická rovnice se neustále mění, takže aditivní výroba vs. tradiční metody kritického hodnocení pro perspektivní společnosti, které chtějí získat konkurenční výhodu na náročném trhu s elektromobily. Klíčem k úspěšnému využití těchto výhod je spolupráce se zkušeným poskytovatelem AM, jako je Met3dp, který má hluboké odborné znalosti v oblasti materiálů, optimalizace procesů a následného zpracování.

---

Materiální záležitosti: Výběr prášků AlSi10Mg a CuCrZr pro optimální tepelný výkon

Výběr správného materiálu je základem úspěchu každé technické součásti a chladicí desky baterií vytištěné na 3D tiskárně nejsou výjimkou. Materiál musí mít specifickou kombinaci vlastností, aby byl zajištěn účinný přenos tepla, strukturální integrita, odolnost a kompatibilita s prostředím bateriového systému (včetně chladicí kapaliny). Pro kovovou aditivní výrobu komponent tepelného managementu vystupují jako hlavní kandidáti dva materiály: AlSi10Mg (slitina hliníku, křemíku a hořčíku) a CuCrZr (slitina mědi, chromu a zirkonia). Pochopení jejich silných a slabých stránek je zásadní pro výběr optimálního prášku pro konkrétní aplikaci.

AlSi10Mg: Všestranný pracovní kůň

AlSi10Mg je jednou z nejpoužívanějších hliníkových slitin v aditivní výrobě, zejména prostřednictvím laserové práškové fúze (LPBF). Jedná se v podstatě o slitinu upravenou pro AM, která je známá svou vynikající zpracovatelností, dobrým poměrem pevnosti a hmotnosti a dobrými tepelnými vlastnostmi.  

• Klíčové vlastnosti a výhody:
  • Dobrá tepelná vodivost: AlSi10Mg sice nemá tak vysokou tepelnou vodivost jako čistý hliník nebo slitiny mědi, ale je podstatně lepší než oceli nebo slitiny titanu (po vhodném tepelném zpracování obvykle kolem 120-150 W/(m⋅K), což je dostatečné pro mnoho aplikací chlazení elektromobilů.  
  • Vynikající zpracovatelnost: Tiskne se poměrně snadno pomocí LPBF, což umožňuje tisknout jemné rysy a složité geometrie s dobrou rozměrovou přesností a kvalitou povrchu.
  • Dobrá pevnost a tvrdost: Zejména po tepelném zpracování (typicky T6 PHT - Precipitation Hardening Treatment) vykazuje AlSi10Mg dobré mechanické vlastnosti vhodné pro konstrukční prvky.  
  • Lehké: Jako hliníková slitina má nízkou hustotu (přibližně 2,67 g/cm3), což významně přispívá k celkovému snížení hmotnosti akumulátoru, což je pro dojezd elektromobilu rozhodující.
  • Odolnost proti korozi: Nabízí slušnou odolnost proti korozi, která je důležitá zejména při práci s běžnými chladicími kapalinami, jako jsou směsi vody a glykolu.
  • Efektivita nákladů: V porovnání se slitinami mědi je prášek AlSi10Mg obecně cenově dostupnější, což z něj činí atraktivní volbu pro vyvážení výkonu a nákladů.
• Úvahy:
  • Pro dosažení optimálních mechanických vlastností a tepelné stability vyžaduje tepelné zpracování po tisku (snížení napětí a T6).
  • Tepelná vodivost je dobrá, ale výrazně nižší než u slitin mědi, což může omezovat výkon v aplikacích s extrémně vysokým tepelným tokem.

CuCrZr: Vysoce výkonný vodič

Pokud je nejdůležitější maximální tepelný výkon, jsou slitiny mědi díky své výjimečné tepelné vodivosti vhodnou volbou. CuCrZr je precipitačně kalitelná slitina mědi speciálně vyvinutá tak, aby nabízela přesvědčivou kombinaci vysoké tepelné a elektrické vodivosti, dobré pevnosti a odolnosti proti měknutí při zvýšených teplotách.  

• Klíčové vlastnosti a výhody:
  • Vynikající tepelná vodivost: To je výjimečná funkce. Tepelná vodivost CuCrZr se obvykle pohybuje v rozmezí 300-340 W/(m⋅K), což je více než dvojnásobek tepelné vodivosti AlSi10Mg. To umožňuje výrazně účinnější odvod tepla, což umožňuje menší nebo účinnější konstrukce chladicích desek.
  • Vysoká elektrická vodivost: Vykazuje také vynikající elektrickou vodivost, která je sice méně kritická pro chladicí desky, ale vypovídá o pohyblivosti elektronů, která souvisí s tepelným transportem.
  • Dobrá pevnost a tvrdost: Dosahuje dobré mechanické pevnosti, zejména po tepelném zpracování, srovnatelné s některými ocelemi, při zachování vysoké vodivosti.
  • Odolnost proti změknutí: Dobře si zachovává pevnost při mírně zvýšených teplotách, což je důležité pro odolnost v prostředí bateriových bloků.
• Úvahy:
  • Vyšší hustota: Slitiny mědi jsou výrazně hustší než hliník (hustota CuCrZr přibližně 8,9 g/cm3), což může být v rozporu s úsilím o odlehčení, pokud není pečlivě řízeno optimalizací konstrukce (např. tenčí stěny, složité mřížky umožněné technologií AM).
  • Náročnější na tisk: Vysoká odrazivost a tepelná vodivost mědi činí její spolehlivé zpracování pomocí LPBF ve srovnání s hliníkem nebo ocelí náročnější. Vyžaduje vyšší výkon laseru, pečlivou optimalizaci parametrů a často i specifické úpravy strojů, aby se zvládl nárůst tepla a zajistily se husté díly bez vad. Překonání těchto výzev vyžaduje značné odborné znalosti procesu.
  • Vyšší cena materiálu: Prášky ze slitin mědi jsou obecně dražší než prášky ze slitin hliníku.
  • Potenciální koroze: V závislosti na chemickém složení chladicí kapaliny a provozním prostředí mohou být zapotřebí specifická opatření na ochranu proti korozi, ačkoli CuCrZr obecně nabízí přiměřenou odolnost proti korozi.

Srovnání vlastností materiálu (typické hodnoty po vhodném tepelném zpracování)

Vlastnictví	AlSi10Mg (T6 tepelně zpracovaný)	CuCrZr (tepelně zpracovaný)	Jednotka	Význam pro chladicí desky
Tepelná vodivost	120-150	300-340	W/(m⋅K)	Velmi vysoká
Hustota	≈2.67	≈8.9	g/cm3	Vysoká (pro odlehčení)
Mez kluzu	230-280	350-450	MPa	Mírná (strukturální integrita)
Maximální pevnost v tahu	330-400	450-550	MPa	Mírný
Prodloužení po přetržení	3-10	10-20	%	Mírná (tvárnost)
Zpracovatelnost (LPBF)	Dobrý	Náročný	–	Vysoká (vyrobitelnost)
Relativní náklady	Dolní	Vyšší	–	Vysoká (ekonomie)

Export do archů

Kritická role kvality prášku

Bez ohledu na zvolenou slitinu je pro dosažení vysoce kvalitních a spolehlivých chladicích desek zásadní kvalita kovového prášku použitého v procesu AM. Mezi klíčové vlastnosti prášku patří:

• Sféricita: Vysoce kulovité částice prášku zajišťují dobrou průchodnost v mechanismu přelakování tiskárny a přispívají k hustému a rovnoměrnému zabalení práškového lože. Tím se minimalizuje pórovitost konečného dílu.  
• Distribuce velikosti částic (PSD): Řízená PSD má zásadní význam pro dosažení vysoké hustoty balení a předvídatelného chování při tavení. Jemné částice mohou ovlivnit tekutost, zatímco příliš velké částice se nemusí zcela roztavit.  
• Čistota: Nízká hladina nečistot a kontaminantů (jako je kyslík nebo dusík) je nezbytná pro dosažení požadovaných mechanických vlastností a zabránění vzniku defektů na tištěném dílu.
• Tekutost: Dobrá tekutost zajišťuje konzistentní nanášení prášku na celou konstrukční platformu vrstvu po vrstvě, což je rozhodující pro stabilitu procesu a kvalitu dílů.

Firmy jako Met3dp se specializují na výrobu vysoce kvalitní kovové prášky speciálně optimalizované pro aditivní výrobní procesy. Využití pokročilých technik, jako je Vakuová indukční tavicí plynová atomizace (VIGA) a Proces plazmové rotující elektrody (PREP), Met3dp zajišťuje jeho AlSi10Mg, CuCrZr a další prášky (viz kompletní sortiment) splňují přísné požadavky na sféricitu, PSD, čistotu a tekutost. Jejich přísná kontrola kvality zajišťuje, že dodávané prášky umožňují zákazníkům 3D tisk hustých, vysoce výkonných chladicích desek s vynikajícími vlastnostmi materiálu a spolehlivostí. Spolupráce s a dodavatel prášku pro 3D tisk kovů která rozumí nuancím výroby prášků a jejich vlivu na vlastnosti finálních dílů, jako je Met3dp, je rozhodujícím krokem k úspěšnému zavedení AM pro náročné aplikace, jako je tepelný management baterií pro elektromobily.  

Pokyny pro výběr:

• Vyberte si AlSi 10Mg kdy:
  • Hlavním faktorem je snížení hmotnosti.
  • Dobrý tepelný výkon je dostatečný, ale ne extrémní.
  • Náklady jsou významným faktorem.
  • Žádoucí je rychlejší prototypování a snadnější tisk.
• Vyberte si CuCrZr kdy:
  • Maximální tepelná vodivost a odvod tepla jsou naprosto zásadní (baterie s vysokou hustotou energie, extrémní výkon).
  • Vyšší hmotnost součástek lze tolerovat nebo kompenzovat optimalizací konstrukce.
  • Rozpočet umožňuje vyšší náklady na materiál a zpracování.
  • Je možné navázat spolupráci s poskytovatelem AM se zkušenostmi se zpracováním měděných slitin.

Volba nakonec zahrnuje analýzu kompromisů na základě specifických požadavků na akumulátor a platformu vozidla, přičemž se zohledňuje tepelné zatížení, hmotnostní cíle, nákladová omezení a objem výroby. Simulační nástroje, jako je výpočetní dynamika tekutin (CFD), se často používají ve spojení s vlastnostmi materiálů k předpovědi výkonu a k vedení optimálního výběru a návrhu.  

Design pro aditivní výrobu (DfAM): Optimalizace geometrie chladicí desky

Pouhá replikace návrhu určeného pro tradiční výrobu pomocí aditivní výroby jen zřídkakdy uvolní plný potenciál této technologie. Aby bylo možné skutečně využít výhod kovového 3D tisku pro chladicí desky baterií - lepšího tepelného výkonu, odlehčení a konsolidace dílů - musí konstruktéři přijmout Design pro aditivní výrobu (DfAM) zásady. DfAM není jen návrh, ale zásadní změna myšlení, která zohledňuje jedinečné možnosti a omezení stavebního procesu po vrstvách již od fáze koncepčního návrhu. Pro manažery veřejných zakázek je pochopení toho, že návrh optimalizovaný pro AM může vypadat výrazně jinak než jeho tradičně vyráběný protějšek, klíčem k vyhodnocení návrhů a potenciálního zvýšení výkonnosti z pokyny pro návrh aditivní výroby.

Optimalizace chladicí desky baterie pomocí DfAM zahrnuje několik klíčových aspektů:

1. Využití geometrické volnosti pro tepelný výkon:
   • Složité vnitřní kanály: V této oblasti společnost AM skutečně zazáří. Místo jednoduchých vrtaných nebo frézovaných kanálů mohou konstruktéři vytvářet:
     • Biomimetické struktury: Napodobování přírodních forem, jako jsou žilky v listech nebo cévní sítě, pro optimalizaci proudění tekutin a přenosu tepla.
     • Proměnlivé průřezy: Přizpůsobení průměru nebo tvaru kanálu po celé jeho délce pro regulaci rychlosti chladicí kapaliny a tlakové ztráty, což zajišťuje rovnoměrný odvod tepla.
     • Turbulátory a ploutve: Integrace složitých vnitřních prvků, jako jsou mikrolamely nebo turbulátory, přímo do stěn kanálu, aby se zvýšila turbulence a zvýšil se součinitel přestupu tepla bez výrazného zvýšení tlakové ztráty.
     • Trojnásobně periodické minimální plochy (TPMS): Matematicky definované, vysoce komplexní mřížkové struktury (např. Gyroid, Schwarz-P) nabízejí obrovský poměr plochy k objemu. Vyplnění vnitřních dutin strukturami TPMS může výrazně zvýšit schopnost přenosu tepla a vytvořit vysoce účinné, kompaktní výměníky tepla. Jejich návrh a simulace vyžadují specializovaný software a odborné znalosti.
   • Konformní chlazení: Navrhování kanálů, které přesně kopírují 3D obrysy bateriových článků nebo modulů, které chladí. Tím se minimalizuje vzdálenost tepelného rozhraní a maximalizuje kontaktní plocha, což vede k přímějšímu a účinnějšímu odvodu tepla ve srovnání s plochými deskami, které chladí válcové nebo prizmatické články.
2. Strategie odlehčování:
   • Optimalizace topologie: Použití softwarových nástrojů k analýze rozložení napětí při očekávaném tepelném a mechanickém zatížení, což umožňuje odstranění materiálu z oblastí s nízkým napětím. Výsledkem jsou organicky vypadající, vysoce účinné struktury, které splňují požadavky na výkon při minimální hmotnosti.
   • Vnitřní mřížky: Nahrazení pevných částí chladicí desky (kde není hlavní příčinou vysoká tepelná vodivost, např. konstrukční podpěry nebo pláště) vnitřními mřížkovými strukturami. Ty výrazně snižují hmotnost při zachování potřebné tuhosti a pevnosti. Typ mřížky (např. voštinová, na bázi vzpěr) lze zvolit na základě konkrétního případu zatížení.
   • Tenké stěny: AM umožňuje vytvářet mnohem tenčí stěny, než by umožňovalo tradiční odlévání nebo obrábění, pokud se při návrhu zohlední požadavky na tisk a tlak. Minimální dosažitelná tloušťka stěny závisí na materiálu (AlSi10Mg vs. CuCrZr), možnostech tiskárny a orientaci, ale často se pohybuje v rozmezí 0,4-0,8 mm.
3. Konsolidace součástí a integrace funkcí:
   • Redukční sestava: Identifikujte možnosti kombinace více komponent (např. vstupních/výstupních rozdělovačů, montážních konzol, rozdělovačů průtoku) do jediného tisknutelného dílu. Tím se eliminují montážní kroky, potenciální místa netěsnosti ve spojích a zjednodušuje se dodavatelský řetězec.
   • Vestavěné senzory: Možnost navrhnout integrované kanály nebo dutiny pro zabudování teplotních nebo tlakových senzorů přímo do struktury chladicí desky pro lepší monitorování.
   • Optimalizované porty: Navrhování vstupních a výstupních otvorů s plynulými přechody a geometrií příznivou pro proudění, aby se minimalizovaly tlakové ztráty.
4. Úvahy o tisknutelnosti (specifické pro LPBF):
   • Podpůrné struktury: Součásti AM často vyžadují podpůrné konstrukce, které je ukotví na konstrukční desce, podepřou přečnívající prvky a zvládnou tepelné namáhání během tisku. Cílem DfAM je minimalizovat potřebu podpěr, zejména v těžko přístupných vnitřních kanálech.
     • Samonosné úhly: Navrhování přesahů obvykle pod určitým úhlem (často kolem 45∘ od vodorovné roviny, i když záleží na materiálu a parametrech) tak, aby byly samonosné, což snižuje nebo eliminuje potřebu podpěr, které se musí později odstranit.
     • Optimalizace orientace: Výběr optimální orientace sestavení pro minimalizaci převisů, zkrácení doby tisku, optimalizaci povrchové úpravy kritických ploch a řízení zbytkového napětí.
   • Minimální velikost prvku: Klíčové je porozumět rozlišení tiskárny a minimální velikosti potisknutelného prvku (např. průměr otvoru, šířka kanálu).
   • Odstranění prášku: Návrh vnitřních kanálků s dostatečným průměrem a hladkými cestami, které usnadňují snadné odstranění nerozpuštěného prášku po tisku. Vyhněte se vytváření nevyhnutelných pastí na prášek.
   • Tepelný management během sestavování: Velmi tenké nebo velké ploché profily mohou být náchylné k deformaci. DfAM zahrnuje zohlednění tepelných gradientů během sestavování a případné přidání obětních prvků nebo optimalizaci geometrie pro zmírnění deformace.
5. Návrh řízený simulací:
   • Výpočetní dynamika tekutin (CFD): Je nezbytný pro simulaci průtoku chladicí kapaliny složitými vnitřními kanály, předpověď tlakových ztrát, identifikaci potenciálních stagnačních zón a kvantifikaci účinnosti přenosu tepla. CFD umožňuje konstruktérům virtuálně iterovat a optimalizovat geometrii kanálů předtím, než se rozhodnou pro fyzický tisk.
   • Tepelná analýza (FEA): Simulace rozložení teploty na chladicí desce a článcích baterie za různých provozních podmínek pro ověření tepelného výkonu a identifikaci potenciálních horkých míst.
   • Strukturální analýza (FEA): Optimalizovaná lehká konstrukce odolává mechanickému zatížení (vibrace, montážní namáhání) a vnitřnímu tlaku chladicí kapaliny bez poruchy.

Úspěšná implementace DfAM pro chladicí desky baterií vyžaduje spolupráci konstruktérů, tepelných inženýrů a odborníků na AM procesy. Spolupráce se znalými Poskytovatel služeb metal AM jako je Met3dp na počátku procesu návrhu, je velmi přínosné. Tým Met3dp’má hluboké odborné znalosti nuancí LPBF tiskových metod pro materiály jako AlSi10Mg a CuCrZr a může poskytnout neocenitelné vodítko pro DfAM. Mohou pomoci optimalizovat návrhy z hlediska tisknutelnosti, tepelného výkonu a nákladové efektivity a zajistit, aby konečný výrobek plně využíval transformační potenciál aditivní výroby. Investice do DfAM není krokem navíc, ale cestou k vytvoření vynikajícího produktu optimalizované provedení chladicích kanálů a řešení tepelného managementu nové generace.

---

Přesné strojírenství: Pochopení tolerance, povrchové úpravy a přesnosti u chladicích desek AM

Přestože aditivní výroba nabízí nebývalou svobodu při navrhování, je pro inženýry a manažery veřejných zakázek zásadní mít realistická očekávání ohledně dosažitelných výsledků rozměrová přesnost, tolerance a povrchová úprava 3D tištěných kovových dílů, včetně chladicích desek baterií. Tyto vlastnosti jsou ovlivněny samotným procesem AM (LPBF), použitým materiálem (AlSi10Mg, CuCrZr), kalibrací tiskárny, orientací sestavení, geometrií dílu a významně také použitými kroky následného zpracování. Pochopení těchto faktorů je zásadní pro zajištění správného uložení, funkce a těsnosti chladicí desky v rámci sestavy bateriového bloku.

Rozměrová přesnost a tolerance:

• Přesnost podle konstrukce: Procesy LPBF v kovu obvykle dosahují rozměrové přesnosti v rozmezí ±0,1 mm až ±0,2 mm u menších prvků nebo přibližně ±0,1 %-0,2 % jmenovitého rozměru u větších dílů. Tyto hodnoty však mohou být ovlivněny faktory, jako je tepelné smrštění, deformace a zbytkové napětí. Složité geometrie a nepodepřené prvky mohou vykazovat větší odchylky.
• Obecné tolerance: U dílů ve stavu zhotovení bez specifických tolerančních výkresů lze u některých prvků dosáhnout obecných tolerancí srovnatelných s normou ISO 2768-m (střední), ale často je bezpečnější předpokládat tolerance bližší normě ISO 2768-c (hrubé) u nekritických rozměrů, zejména u větších dílů. Dosažení přísnějších tolerancí konzistentně na celém dílu obvykle vyžaduje dodatečné obrábění.
• Kritické tolerance: Rozměry důležité pro spojení s jinými součástmi (např. montážní plochy, těsnicí plochy, připojení portů) téměř vždy vyžadují dodatečné obrábění (CNC frézování nebo soustružení), aby se dosáhlo potřebné přesnosti. Obráběním lze spolehlivě dosáhnout tolerancí odpovídajících normě ISO 2768-f (jemné) nebo ještě přísnějších, v závislosti na konkrétním požadavku. Je nezbytné tyto kritické prvky a jejich požadované tolerance jasně definovat na technických výkresech.
• Vliv designu: Složité vnitřní kanály nebo velmi tenké stěny, které jsou vlastní optimalizovaným konstrukcím chladicích desek, mohou být náročné na přesné měření a mohou vykazovat o něco větší odchylky než jednodušší pevné geometrie. Postupy DfAM, které minimalizují deformace a zbytková napětí, pozitivně přispívají k celkové přesnosti.

Povrchová úprava (drsnost):

• Drsnost povrchu (Ra) podle stavu: Povrchová úprava dílů z LPBF je přirozeně drsnější než u obráběných povrchů v důsledku procesu tavení po vrstvách a částečně roztavených částic prášku ulpívajících na povrchu.
  • Typické hodnoty Ra: Pro AlSi10Mg a CuCrZr vytištěné pomocí LPBF se typické hodnoty Ra při výrobě pohybují od 6 μm do 20 μm (240 μm až 800 μm), v závislosti na:
    • Orientace: Povrchy rovnoběžné s konstrukční deskou (směřující nahoru) bývají hladší než svislé stěny, zatímco povrchy směřující dolů (podepřené) jsou obvykle nejdrsnější kvůli kontaktním místům nosné konstrukce.
    • Tloušťka vrstvy: Tenčí vrstvy obecně vedou k hladšímu povrchu, ale prodlužují dobu tisku.
    • Parametry laseru: Velikost paprsku, rychlost skenování a hustota energie ovlivňují dynamiku taveniny a strukturu povrchu.
    • Vlastnosti prášku: Určitou roli může hrát také distribuce velikosti částic.
  • Interní kanály: Povrchová úprava uvnitř složitých vnitřních kanálů je obzvláště obtížně kontrolovatelná a měřitelná a bývá na drsnějším konci stupnice. Tato drsnost může někdy zvýšit turbulenci a přenos tepla, ale také zvyšuje tlakovou ztrátu.
• Následně zpracovaná povrchová úprava: Pokud je požadována hladší povrchová úprava (např. pro těsnicí plochy, lepší průtokové vlastnosti nebo estetiku), lze použít různé techniky následného zpracování:
  • CNC obrábění: Poskytuje vynikající kvalitu povrchu (Ra $ < 1,6 , \mu m$ snadno dosažitelný, až 0,4 μm nebo lepší při jemném obrábění/broušení). Obvykle se používá pro kritické styčné plochy.
  • Obrábění abrazivním tokem (AFM) / Extrude Hone: Vtlačuje brusné médium vnitřními kanálky, aby vyhladilo povrchy a odstranilo částečně spečené částice. Účinné pro zlepšení vnitřní povrchové úpravy.
  • Chemické leštění/leptání: Může zajistit rovnoměrné vyhlazení, ale vyžaduje pečlivou kontrolu a kontrolu kompatibility materiálů.
  • Mikroobrábění / laserové leštění: Nové techniky pro cílené zušlechťování povrchu.
  • Třískové/vibrační dokončování: Může zlepšit vnější povrchovou úpravu a odjehlit hrany, ale je méně účinný na vnitřní kanály a může zaoblit ostré rysy.

Dosažení přesnosti a spolehlivosti:

• Řízení procesu: Pro dosažení konzistentní rozměrové přesnosti a minimalizace vad je zásadní spolupráce s poskytovatelem služeb AM, jako je Met3dp, který klade důraz na důslednou kontrolu procesu, kalibraci stroje a optimalizované sady parametrů pro specifické materiály, jako jsou AlSi10Mg a CuCrZr.
• Systémy řízení kvality: Hledejte dodavatele s robustním systémem řízení kvality (např. s certifikátem ISO 9001), který zajistí sledovatelnost, opakovatelnost procesů a dodržování specifikací. Certifikace relevantní pro automobilový průmysl (např. IATF 16949) jsou významnou výhodou, protože naznačují závazek ke kvalitě a řízení procesů vhodných pro náročné aplikace.
• Metrologie a kontrola: Důležitá je komplexní kontrola. Ta zahrnuje:
  • Rozměrová kontrola: Použití souřadnicových měřicích strojů (CMM), 3D skenování nebo tradičních metrologických nástrojů k ověření kritických rozměrů podle výkresových specifikací.
  • Měření drsnosti povrchu: Použití profilometrů ke kontrole kvality povrchu na kritických místech.
  • Testování těsnosti: U chladicích desek je to nepominutelné. Díly musí projít přísnými zkouškami těsnosti (např. zkouškou rozpadu tlaku, zkouškou těsnosti helia), aby byla zajištěna úplná integrita a zabránilo se únikům chladicí kapaliny v akumulátoru. Parametry zkoušky (tlak, doba trvání, přijatelná míra úniku) by měly být jasně specifikovány.
  • Nedestruktivní zkoušení (NDT): K odhalení vnitřních vad, jako je pórovitost nebo neúplné odstranění prášku, lze použít techniky, jako je rentgenové nebo CT skenování, zejména při kvalifikaci procesu nebo u vysoce kritických dílů.

Lze shrnout, že AM sice poskytuje geometrickou volnost, ale dosažení vysoké přesnosti srovnatelné s tradičním obráběním vyžaduje pečlivé plánování, implementaci DfAM, optimalizované řízení procesu a cílené následné zpracování. Jasné definování kritických tolerancí a požadavků na povrchovou úpravu na výkresech a spolupráce se zkušeným dodavatelem AM, který je schopen zajistit ověřitelné výsledky tolerance 3D tisku kovů a kvality, zajišťuje, že finální 3D tištěné chladicí desky baterií splňují náročné funkční požadavky na služby přesného strojírenství pro odvětví elektromobilů.

---

Za hranice tisku: Základní kroky následného zpracování pro chladicí desky baterií

Cesta 3D tištěné kovové chladicí desky baterie nekončí, když se tiskárna zastaví. Díl, který je čerstvě po vyjmutí z konstrukční desky, vyžaduje řadu nezbytných úkonů, aby se z něj mohl vytisknout kroky následného zpracování a přeměnit ji z téměř síťové součásti na funkční, spolehlivý a hotový výrobek připravený k integraci do baterií pro elektromobily. Tyto kroky jsou rozhodující pro dosažení požadovaných mechanických vlastností, rozměrové přesnosti, povrchové úpravy a zajištění těsnosti. Pochopení tohoto pracovního postupu je zásadní pro inženýry, kteří specifikují požadavky, a pro manažery nákupu, kteří zohledňují celkové náklady a dobu realizace.

Typický postup následného zpracování chladicích desek AlSi10Mg nebo CuCrZr s potiskem LPBF zahrnuje několik fází:

1. Úleva od stresu / tepelné ošetření: To je často jeden z prvních a nejdůležitějších kroků.
   • Proč je to potřeba: Rychlé cykly zahřívání a ochlazování, které jsou vlastní procesu LPBF, vytvářejí v tištěném dílu značná vnitřní zbytková napětí. Tato napětí mohou vést k deformaci (pokřivení) po vyjmutí z konstrukční desky, snížení únavové životnosti a případně i k prasknutí.
   • Proces:
     • Úleva od stresu: Díly se obvykle zahřejí na určitou teplotu (nižší než teplota stárnutí), dokud jsou ještě připevněny na konstrukční desku, po určitou dobu se udržují a poté se pomalu ochlazují. Tím se uvolní vnitřní napětí, aniž by se výrazně změnila mikrostruktura. Konkrétní teploty a doby závisí na slitině (např. ≈300∘C pro AlSi10Mg).
     • Žíhání v roztoku a stárnutí (např. T6 pro AlSi10Mg): U slitin, jako je AlSi10Mg, je pro dosažení optimálních mechanických vlastností (pevnost, tvrdost) obvykle nutné úplné tepelné zpracování srážením (T6). To zahrnuje rozpuštění při vysoké teplotě, rychlé ochlazení a následné umělé stárnutí při nižší teplotě. CuCrZr také vyžaduje specifické cykly tepelného zpracování, aby se dosáhlo požadované kombinace pevnosti a vodivosti.
   • Důležitost: Správné tepelné zpracování AlSi10Mg a CuCrZr je pro zajištění rozměrové stability a dosažení vlastností materiálu uvedených v návrhu neoddiskutovatelný. Tento krok vyžaduje přesně řízené pece a zavedené metalurgické znalosti.
2. Vyjmutí dílu ze stavební desky:
   • Metoda: Vytištěný(é) díl(y) se obvykle oddělí od kovové konstrukční desky pomocí elektroerozivního obrábění (EDM) nebo pásové pily. Při tomto procesu je třeba dbát na to, aby nedošlo k poškození dílu.
3. Odstranění podpůrné konstrukce:
   • Proč existují podpory: Jak je uvedeno v DfAM, podpěry ukotvují díl, zabraňují zborcení převisů a pomáhají odvádět teplo během tisku.
   • Odstranění: Často se jedná o ruční práci, při níž se podpěrné konstrukce lámou, řežou nebo brousí. Přístup může být obtížný, zejména v případě vnitřních podpěr ve složitých geometriích kanálů. V případě choulostivých prvků nebo těžko přístupných oblastí lze pro přesné odstranění použít CNC obrábění nebo elektroerozivní obrábění.
   • Výzvy: Odstranění podpory může být pracné a nákladné. Špatně navržené podpěry nebo agresivní techniky odstraňování mohou poškodit povrch dílu. Minimalizace podpěr pomocí DfAM je velmi výhodná.
4. Odstranění prášku (zbavení prachu):
   • Výzva: Netavený kovový prášek se během tisku zachytí ve vnitřních kanálech a složitých prvcích chladicí desky. Jeho úplné odstranění má zásadní význam pro funkci (zabránění ucpání) a bezpečnost.
   • Metody: Používají se různé techniky, často v kombinaci:
     • Foukání stlačeným vzduchem / inertním plynem: Počáteční odstranění sypkého pudru.
     • Vibrace / Tumbling: Protřepáním nebo převracením dílu se uvolní zachycený prášek.
     • Ruční kartáčování/vysávání: Pro přístupné oblasti.
     • Proplachování kapalinou / čištění ultrazvukem: Použití rozpouštědel nebo specializovaných čisticích roztoků, někdy s ultrazvukovým mícháním, k odplavení jemných částic prášku.
   • Ověření: Často se ověřuje vážením dílu, vizuální kontrolou (boreskopem pro vnitřní kanály) nebo někdy CT vyšetřením, aby se zajistilo, že jsou kanály čisté.
5. CNC obrábění:
   • Účel: K dosažení těsných tolerancí, kritické rovinnosti a specifických povrchových úprav na styčných plochách.
   • Aplikace: Obrábění těsnicích ploch pro O-kroužky nebo těsnění, vytváření přesně umístěných montážních otvorů, dokončování přípojek vstupních/výstupních portů, dosažení celkové rovinnosti při montáži na bateriové moduly.
   • Úvahy: Vyžaduje pečlivou konstrukci upínacího přípravku, který bezpečně udrží potenciálně složitou geometrii dílu AM bez deformace. CNC obrábění 3D výtisků je standardním krokem pro funkční kovové díly AM.
6. Povrchová úprava & vyhlazování:
   • Účel: Zlepšení drsnosti povrchu nad rámec stavu při montáži, pokud je to nutné pro dynamiku tekutin (snížení tlakové ztráty v kanálech), těsnění nebo estetiku.
   • Metody: Jak již bylo uvedeno výše (AFM, bubnování, leštění atd.), volí se na základě specifických požadavků a geometrie (vnitřní vs. vnější povrchy). Služby povrchové úpravy mohou být specializované operace.
7. Čištění & amp; Kontrola:
   • Čištění: Důkladné závěrečné čištění za účelem odstranění veškerých obráběcích kapalin, brusných médií, otisků prstů nebo jiných nečistot před konečnou kontrolou a balením.
   • Kontrola: Provádí se komplexní kontroly kvality:
     • Rozměrové ověření: Měření kritických prvků (CMM, skenování).
     • Vizuální kontrola: Kontrola povrchových vad, neúplné odstranění podpěry.
     • Testování těsnosti: Důležité tlakové zkoušky, které zaručují integritu chladicích kanálů. Jedná se o průchozí/neprůchozí bránu pro chladicí desky.
     • Ověření vlastností materiálu (volitelné): Zkoušení svědeckých kupónů vytištěných vedle dílu na pevnost v tahu, tvrdost atd., zejména při validaci procesu.

Rozsah a posloupnost těchto následné zpracování kovových dílů AM kroků do značné míry závisí na požadavcích aplikace, volbě materiálu a složitosti dílu. Je důležité, aby si týmy zadavatelů uvědomily, že následné zpracování významně přispívá ke konečným nákladům a době dodání 3D tištěné součásti. Spolupráce s poskytovatelem komplexních služeb v oblasti AM, jako je Met3dp, který disponuje vlastními nebo přísně řízenými externími kapacitami pro všechny nezbytné fáze následného zpracování, zajišťuje zefektivnění pracovního postupu a zaručuje, že finální chladicí deska splňuje všechny specifikace. Jejich integrovaný přístup, který kombinuje odborné znalosti v oblasti práškových materiálů, pokročilý tisk a komplexní následné zpracování, přináší komponenty připravené k použití a optimalizované pro náročný automobilový průmysl.

---

Zvládání výzev: Překonávání překážek při 3D tisku desek s tepelným managementem

Přestože aditivní výroba kovů nabízí přesvědčivé výhody pro výrobu pokročilých chladicích desek baterií, není tato technologie bez problémů. Inženýři, konstruktéři a manažeři veřejných zakázek by si měli být vědomi možných překážek, aby mohli stanovit realistická očekávání a aktivně spolupracovat se svými partnery v oblasti AM na zmírnění rizik. Úspěšné zvládnutí těchto výzev je klíčem k plnému využití výhod AM pro tepelný management.

Zde jsou některé běžné výzvy v oblasti 3D tisku kovů s nimiž se setkáváme při výrobě chladicích desek, a strategie k jejich překonání:

1. Deformace a zkreslení:
   • Příčina: Intenzivní lokalizovaný ohřev laserovým/elektronovým svazkem a následné rychlé ochlazení vede k výrazným tepelným gradientům a vyvolává zbytkové napětí. S přibývajícími vrstvami může toto napětí způsobit deformaci nebo zkroucení dílu, zejména u velkých plochých profilů nebo tenkých prvků, které jsou běžné u chladicích desek.
   • Zmírnění:
     • Optimalizované podpůrné struktury: Dobře navržené podpěry pevně ukotví díl k sestavovací desce a pomáhají rovnoměrněji odvádět teplo.
     • Orientace na stavbu: Strategická orientace může minimalizovat velké ploché plochy rovnoběžné s konstrukční deskou a snížit koncentraci napětí.
     • Simulace procesu: Použití simulačního softwaru k předpovědi tepelného chování a akumulace napětí umožňuje upravit strategii sestavování (např. vzor skenování, parametry laseru) nebo geometrii dílu před tiskem.
     • Vhodné tepelné zpracování: Tepelné zpracování po výrobě je klíčové pro uvolnění vnitřních pnutí a stabilizaci geometrie dílu.
     • Robustní strojová platforma: Ke stabilitě procesu přispívá používání vysoce kvalitních systémů AM se stabilním tepelným managementem, jaké potenciálně nabízejí nebo využívají partneři jako Met3dp.
2. Řízení zbytkového stresu:
   • Dopad: Kromě toho, že vysoké zbytkové napětí způsobuje deformace, může mít negativní vliv na mechanické vlastnosti dílů, zejména na jejich únavovou životnost, a může dokonce vést k praskání během tisku nebo následného zpracování.
   • Zmírnění:
     • Optimalizované parametry tisku: Přesné nastavení výkonu laseru, rychlosti skenování, tloušťky vrstvy a strategie skenování může ovlivnit tepelné cykly a snížit nárůst napětí. Vyžaduje značné odborné znalosti procesu.
     • Tepelné zpracování: Jak již bylo zmíněno, zmírnění stresu a následná léčba stárnutí jsou zásadní pro kontrola zbytkového napětí AM.
     • Úpravy designu: Začlenění prvků, jako jsou drážky snižující napětí nebo zamezení ostrých vnitřních rohů, může pomoci zvládnout koncentraci napětí.
     • Výběr materiálu: Některé slitiny mohou být ze své podstaty více náchylné na vznik napětí než jiné.
3. Odstranění podpůrné konstrukce:
   • Výzva: Odstraňování podpěr, zejména hustých nebo vnitřně umístěných ve složitých chladicích kanálech, může být časově i finančně náročné a hrozí při něm poškození povrchu dílu. Neúplné odstranění může bránit průtoku kapaliny nebo se později odlomit a způsobit kontaminaci.
   • Zmírnění:
     • DfAM pro snížení podpory: Nejúčinnější strategií je upřednostnění samonosných úhlů a chytré orientace ve fázi návrhu.
     • Optimalizovaný design podpory: Použití specializovaného softwaru pro generování podpěr, které jsou dostatečně pevné při stavbě, ale dají se snáze odstranit (např. specifická geometrie, perforační body).
     • Pokročilé techniky odstraňování: Použití metod, jako je CNC obrábění nebo elektrochemické obrábění pro obtížně přístupné podpěry, ačkoli to zvyšuje náklady.
     • Pečlivá ruční demontáž a kontrola: Je zapotřebí kvalifikovaných techniků a důkladné kontroly.
4. Odstraňování prášku z vnitřních kanálů:
   • Výzva: Zajištění odstranění veškerého netaveného prášku ze složitých, potenciálně dlouhých a úzkých vnitřních chladicích kanálů je rozhodující pro funkčnost a prevenci následné kontaminace.
   • Zmírnění:
     • Úvahy o DfAM: Odstraňování prášku usnadňuje návrh kanálů s přiměřeným průměrem, hladkými ohyby (bez ostrých rohů) a případně s více přístupovými otvory. Vyhněte se vytváření slepých zón.
     • Efektivní procesy vyprazdňování: Využívá optimalizované kombinace vibrací, průtoku plynu, proplachování rozpouštědlem a ultrazvukového čištění speciálně přizpůsobené geometrii dílu a typu prášku.
     • Metody ověřování: Kontrola boroskopem, testování průtoku vzduchu, kontrola hmotnosti nebo CT vyšetření, které potvrdí, že kanály jsou čisté.
5. Defekty pórovitosti:
   • Příčina: Malé dutiny nebo póry v tištěném materiálu mohou vzniknout v důsledku zachycení plynu během tavení, neúplného spojení mezi vrstvami nebo problémů s kvalitou prášku (např. duté částice prášku, nečistoty).
   • Dopad: Pórovitost snižuje hustotu materiálu, zhoršuje mechanické vlastnosti (zejména únavovou pevnost) a může vytvářet potenciální netěsnosti v chladicí desce.
   • Zmírnění:
     • Optimalizované parametry tisku: Pečlivé řízení výkonu laseru, rychlosti skenování, vzdálenosti mezi šrafami a zaostření zajišťuje úplné roztavení a tavení.
     • Vysoce kvalitní prášek: Klíčové je použití prášků s vysokou sféricitou, kontrolovanou PSD a nízkým obsahem plynu (jako jsou prášky vyráběné pomocí pokročilé atomizace společností Met3dp). Důležitá je také správná manipulace s práškem a jeho skladování.
     • Řízení procesního prostředí: Udržování vysoce čisté atmosféry inertního plynu (argonu nebo dusíku) v konstrukční komoře zabraňuje oxidaci a zachycování plynu.
     • Izostatické lisování za tepla (HIP): Krok následného zpracování zahrnující vysokou teplotu a tlak může uzavřít vnitřní póry, ale zvyšuje značné náklady a nemusí být nutný pro všechny aplikace chladicích desek, pokud není vyžadována extrémní spolehlivost. Řešení vady pórovitosti LPBF optimalizací procesu se obvykle dává přednost.
6. Dosažení integrity odolné proti úniku:
   • Výzva: Nejdůležitější je zajistit 100% těsnost finální chladicí desky při provozních tlacích. Vady, jako jsou mikrotrhliny nebo propojené pórovitosti, mohou ohrozit těsnost.
   • Zmírnění:
     • Robustní řízení procesů: Minimalizace vad, jako jsou pórovitost a praskliny, díky optimalizovanému tisku a tepelnému zpracování.
     • Vhodný design: Zajištění dostatečné tloušťky stěny, správných těsnicích prvků (např. drážky pro O-kroužky opracované po tisku).
     • Důkladné testování těsnosti: Zavedení standardizovaných protokolů o zkouškách těsnosti (např. rozpad tlaku) na 100 % dílů jako konečné kontroly kvality.
7. Škálovatelnost a nákladová efektivita:
   • Výzva: Ačkoli je ideální pro výrobu prototypů a malých objemů, rozšiřování výroby AM na tisíce nebo desítky tisíc chladicích desek ročně představuje ekonomické a logistické problémy ve srovnání se zavedenými tradičními metodami výroby velkých objemů. Náklady mohou ovlivnit doba tisku, vytížení stroje a práce po zpracování.
   • Zmírnění:
     • Optimalizace designu pro výrobu: Zjednodušení konstrukce tam, kde není potřeba extrémní složitost, efektivní vnoření více dílů na konstrukční desku.
     • Automatizace: Zvyšování automatizace kroků následného zpracování (např. robotické odstraňování podpěr, automatizovaná kontrola).
     • Zlepšení procesů: Neustálý pokrok v technologii AM vede k vyšším rychlostem tisku a větším konstrukčním obálkám.
     • Strategické zásobování: Spolupráce s velkými poskytovateli AM, kteří investovali do kapacity a efektivity procesů.
     • Hybridní přístupy: Uvažuje se o AM pro složité části jádra v kombinaci s tradiční výrobou pro jednodušší vnější pláště.

Překonání těchto výzev vyžaduje hluboké technické znalosti v oblasti materiálových věd, fyziky procesů AM, DfAM a následného zpracování. Spolupráce se zkušeným a znalým poskytovatelem aditivní výroby je proto nezbytná. Společnost Met3dp, která má základy jak v oblasti pokročilého výroba kovového prášku a řešení AM, disponuje integrovanými odbornými znalostmi, které zákazníkům pomáhají orientovat se v těchto složitostech, optimalizovat návrhy, řídit procesy a nakonec dodávat vysoce kvalitní a spolehlivé 3D tištěné chladicí desky baterií. Díky svému zaměření na průmyslové aplikace rozumí přísným požadavkům automobilového průmyslu.

Partnerství pro úspěch: Jak vybrat správného poskytovatele služeb AM pro chladicí desky?

Výběr správného partnera pro aditivní výrobu je stejně důležitý jako optimalizace návrhu nebo výběr vhodného materiálu. Úspěch vašeho projektu 3D tištěné chladicí desky baterie závisí na schopnostech, odborných znalostech a spolehlivosti vybraného poskytovatele služeb. Pro manažery nákupu a vedoucí inženýry, kteří se orientují výběr poskytovatele služeb metal AM je nezbytné hodnotit potenciální partnery na základě komplexního souboru kritérií. Tím je zajištěna nejen kvalita finálního dílu, ale také hladký průběh vývoje a výroby.

Zde je přehled klíčových faktorů, které je třeba vzít v úvahu při hodnocení potenciálu dodavatelé 3D tisku pro automobilový průmysl pro složité komponenty tepelného managementu:

1. Prokázaná technická odbornost:
   • DfAM & amp; Podpora simulace: Nabízí poskytovatel odborné poradenství v oblasti návrhu pro aditivní výrobu? Může pomoci s optimalizací topologie, generováním mřížkové struktury nebo komplexním návrhem kanálů? Disponuje simulačními schopnostmi (CFD, tepelné FEA) pro ověření návrhů před tiskem, což může ušetřit nákladné iterace?
   • Znalosti z oblasti materiálových věd: Mají hluboké znalosti o vybraných materiálech (AlSi10Mg, CuCrZr), včetně jejich chování během procesu LPBF, požadovaných tepelných úprav a výsledných vlastností? Dokáží poradit s kompromisy při výběru materiálu?
   • Optimalizace procesů: Mohou prokázat odborné znalosti v oblasti optimalizace parametrů tisku (výkon laseru, rychlost, strategie skenování) speciálně pro zvolený materiál a geometrii, aby bylo dosaženo požadované hustoty, kvality povrchu a mechanických vlastností při minimalizaci vad?
2. Schopnosti a kapacita stroje:
   • Vhodnost technologie: Využívají nejmodernější stroje LPBF vhodné pro efektivní zpracování slitin hliníku a mědi? Jsou stroje dobře udržované a kalibrované?
   • Objem sestavení: Mohou jejich stroje vyhovět velikosti vaší konstrukce chladicí desky? Zvažte současné potřeby i potenciální budoucí rozšíření.
   • Kapacita & amp; Škálovatelnost: Mají dostatečnou kapacitu strojů, aby vyhověli vašim potřebám v oblasti výroby prototypů a potenciální malosériové až středně velkosériové výroby? Zvládnou výkyvy v poptávce nebo urgentní požadavky? Jaké jsou jejich plány na rozšíření kapacity?
3. Kontrola kvality materiálu & Sourcing:
   • Kvalita prášku: Jak zajišťují kvalitu použitého kovového prášku? Provádí vstupní kontrolu prášku (chemie, PSD, morfologie)? Správná manipulace s práškem a protokoly o skladování mají zásadní význam pro zabránění kontaminaci a zachycení vlhkosti.
   • Získávání prášku a sledovatelnost: Získávají prášky od renomovaných dodavatelů s důkladnou kontrolou kvality, nebo je, stejně jako v případě Met3dp, disponovat vlastními kapacitami pro výrobu prášků pomocí pokročilých metod, jako je VIGA nebo PREP? Vlastní výroba, jak je podrobně uvedeno na jejich Stránka O nás, může nabídnout větší kontrolu nad kvalitou a potenciálně přizpůsobené vlastnosti prášku. Úplná sledovatelnost šarží prášku použitých pro vaše díly je nezbytná.
4. Komplexní možnosti následného zpracování:
   • Integrované služby: Nabízí poskytovatel kompletní sadu požadovaných kroků následného zpracování přímo u sebe nebo prostřednictvím přísně kontrolovaných kvalifikovaných partnerů? Patří sem odlehčení/tepelné zpracování (s řádnou kontrolou pece a metalurgickými znalostmi), odstranění podpěr, přesné CNC obrábění, odstranění prášku, povrchová úprava, čištění a především zkoušky těsnosti.
   • Odbornost v oblasti dokončovacích prací: Mají v případě potřeby osvědčené metody pro úpravu vnitřních kanálů (jako je AFM)? Dokáží dosáhnout stanovených tolerancí a povrchových úprav u kritických obráběných prvků?
5. Systémy řízení kvality a certifikace:
   • Základní certifikace: Certifikace ISO 9001 je minimálním požadavkem, který označuje zdokumentovaný systém řízení kvality.
   • Certifikace specifické pro dané odvětví: Pro aplikace v automobilovém průmyslu je velmi žádoucí certifikace IATF 16949, která prokazuje dodržování přísných norem kvality v automobilovém průmyslu. AS9100 (letectví a kosmonautika) rovněž znamená vyspělý systém kvality. Požádejte o doklad o certifikaci.
   • Metrologie a inspekce: Mají kalibrované metrologické vybavení (souřadnicové měřicí stroje, skenery, profilometry) a zdokumentované kontrolní postupy? Mohou poskytnout podrobné kontrolní zprávy? Jaké jsou jejich protokoly a vybavení pro zkoušky těsnosti?
6. Prokazatelné výsledky a relevantní zkušenosti:
   • Případové studie & Reference: Mohou uvést příklady podobných projektů, které úspěšně dokončili, zejména v oblasti tepelného managementu, výměníků tepla nebo v automobilovém/elektromobilovém sektoru? Cenné mohou být reference klientů nebo reference.
   • Schopnost řešit problémy: Diskutujte o možných problémech (deformace, pórovitost, odstranění podpěr) a zhodnoťte jejich zkušenosti a metodiky pro jejich překonání.
7. Řízení projektů a komunikace:
   • Jasná komunikace: Existuje specializované kontaktní místo? Reaguje na dotazy a poskytuje pravidelné aktualizace projektu?
   • Technická podpora: Je k dispozici kompetentní technická podpora pro diskusi o revizích návrhu, volbě materiálu nebo podrobnostech procesu?
   • Dokumentace & Reporting: Poskytují komplexní dokumentaci, včetně certifikace materiálu, parametrů procesu (pokud jsou vyžadovány), kontrolních zpráv a záznamů o sledovatelnosti?
8. Lokalizace, logistika a dodavatelský řetězec:
   • Přeprava a manipulace: Zhodnoťte jejich schopnosti bezpečně zabalit a přepravit potenciálně choulostivé komponenty vysoké hodnoty.
   • Zeměpisná poloha: I když jsou globální poskytovatelé běžní, zvažte důsledky umístění na dobu přepravy, náklady a snadnost komunikace (časová pásma). Společnost Met3dp se sídlem v čínském Čching-tao působí jako globální dodavatel se zkušenostmi se službami mezinárodním klientům.
   • Odolnost dodavatelského řetězce: Diskutujte o jejich strategiích zmírňování rizik týkajících se dodávek materiálu, odstávek strojů nebo jiných možných narušení.

Výběr certifikovaný partner pro aditivní výrobu je strategické rozhodnutí. Nejde jen o nalezení nejnižší ceny, ale o nalezení dodavatele, který je rozšířením vašeho inženýrského týmu a přináší odborné znalosti, kvalitu a spolehlivost. Společnosti jako Met3dp, které kombinují základní odborné znalosti v oblasti výroby kovových prášků s pokročilými řešeními aditivní výroby a zaměřením na průmyslové aplikace, představují typ integrovaného partnera schopného zvládnout komplexní požadavky na 3D tištěné chladicí desky baterií pro elektromobily. Provedení důkladné hloubkové kontroly s využitím těchto kritérií výrazně zvýší pravděpodobnost úspěšného výsledku projektu a vysoce výkonného konečného produktu.

---

Pochopení investice: Chladicí desky pro AM: nákladové faktory a dodací lhůty

Jedním z hlavních faktorů, které inženýři i manažeři nákupu při posuzování aditivní výroby chladicích desek baterií zvažují, jsou související náklady a doba realizace. Ačkoli AM nabízí významné výkonnostní a konstrukční výhody, pochopení klíčových faktorů, které stojí za cenou a výrobním harmonogramem, je zásadní pro sestavování rozpočtu, plánování projektu a informované porovnání s tradičními výrobními metodami, zejména při hledání velkoobchodní nabídky 3D tisku pro větší množství.

Klíčové faktory nákladů na 3D tištěné chladicí desky:

1. Konstrukce dílů & Geometrie:
   • Objem materiálu: Samotný objem materiálu v dílu (včetně podpůrných konstrukcí) je přímou příčinou nákladů. Větší nebo silnější díly spotřebují dražší kovový prášek. Techniky DfAM, jako je optimalizace topologie a mřížkové struktury, jsou klíčem k minimalizaci objemu při zachování výkonu.
   • Část Složitost: Velmi složité konstrukce se složitými vnitřními kanály nebo jemnými prvky často vyžadují delší dobu tisku a potenciálně složitější podpůrné struktury a následné zpracování (např. odstraňování prášku, vnitřní dokončování), což zvyšuje náklady.
   • Ohraničující rámeček / výška stavby: Celkové rozměry, zejména výška v orientaci sestavení, významně ovlivňují dobu tisku (počet vrstev) a počet dílů, které se vejdou na jednu sestavovací desku (využití stroje). Vyšší díly se tisknou déle.
2. Výběr materiálu:
   • Náklady na prášek: Náklady na suroviny se u jednotlivých slitin výrazně liší. Vysoce výkonné slitiny mědi, jako je CuCrZr, jsou na kilogram podstatně dražší než běžné slitiny hliníku, jako je AlSi10Mg.
   • Možnost tisku: Materiály, které jsou náročnější na tisk (např. slitiny mědi), mohou vyžadovat specializované parametry stroje, potenciálně nižší rychlost tisku nebo vyšší míru zmetkovitosti při optimalizaci procesu, což nepřímo ovlivňuje náklady.
3. Proces aditivní výroby:
   • Strojový čas: To je často významná složka nákladů. Je určena délkou tisku, která závisí na objemu dílu, výšce, tloušťce vrstvy, parametrech laseru (rychlost skenování) a počtu dílů umístěných na konstrukční desce. Hodinové sazby strojů se liší v závislosti na investičních nákladech tiskárny, údržbě a provozních nákladech.
   • Podpůrné struktury: Objem materiálu použitého na podpěry zvyšuje náklady na materiál. Kromě toho čas a práce potřebné k odstranění podpěr významně zvyšují náklady na následné zpracování. Konstrukce minimalizující podpěry jsou nákladově efektivnější.
4. Požadavky na následné zpracování:
   • Tepelné zpracování: Náklady spojené s časem pece, spotřebou energie a inertní atmosférou (je-li vyžadována) pro uvolnění napětí a cykly stárnutí.
   • Obrábění: Rozsah CNC obrábění potřebného pro kritické tolerance a povrchy přímo ovlivňuje náklady (čas stroje, programování, upevnění, práce).
   • Povrchová úprava: Specifické dokončovací kroky, jako je AFM pro vnitřní kanály nebo leštění, zvyšují náklady v závislosti na době a složitosti procesu.
   • Odstraňování prášku & Čištění: Pracnost a časová náročnost zařízení pro zajištění úplného odstranění prášku, zejména ze složitých vnitřních geometrií.
   • Testování těsnosti: Vybavení a pracovní čas na provedení a zdokumentování povinných zkoušek těsnosti.
5. Zajištění kvality & Inspekce:
   • Úroveň inspekce: Požadovaná úroveň kontroly rozměrů (např. 100% kontrola CMM vs. kontrola vzorků), nedestruktivní kontrola (je-li specifikována) a podrobná dokumentace ovlivňují náklady na pracovní sílu a vybavení.
   • certifikace: Náklady spojené s udržováním certifikací kvality (ISO 9001, IATF 16949) jsou zahrnuty do režijních nákladů.
6. Objem objednávky & Nastavení:
   • Náklady na zřízení: Počáteční náklady na přípravu sestavení (zpracování souborů, krájení, generování podpory) se amortizují na počet dílů v dávce. Větší dávky mají obecně nižší náklady na přípravu jednoho dílu.
   • Úspora z rozsahu: Ačkoli AM nemá takové náklady na nástroje jako odlévání, stále existují úspory z rozsahu související s využitím strojů, nákupem velkého množství prášku a optimalizovanými pracovními postupy následného zpracování pro větší objemy. Díky tomu se náklady na jeden díl 3D tisku obecně klesá s množstvím, i když často méně dramaticky než u tradičních metod hromadné výroby.

Typická doba dodání komponentů:

Celková doba od zadání zakázky do obdržení hotových dílů zahrnuje více fází:

• Kótování & Potvrzení objednávky (1-5 dní): Počáteční přezkoumání požadavků, potenciální zpětná vazba DfAM, tvorba nabídek a zpracování objednávek.
• Příprava stavby (1-3 dny): Kontrola finálního návrhu, zpracování souborů CAD, krájení, finalizace podpůrné strategie a plánování rozložení sestavy (nesting).
• Tisk (1-7+ dní): Skutečný čas stroje. Velmi variabilní v závislosti na velikosti/výšce dílu, složitosti, materiálu a počtu dílů na sestavení. Jedna velká chladicí deska nebo celá deska menších může trvat několik dní.
• Cooldown & amp; Depowdering (0,5-2 dny): Umožnění bezpečného ochlazení stavební komory a dílů, vyjmutí dílů ze stavební desky a počáteční odstranění sypkého prášku.
• Následné zpracování (3-15+ dní): Tato fáze je často nejdelší a nejproměnlivější. Cykly tepelného zpracování trvají dlouho (doba pece + chlazení). Odstranění podpory, CNC obrábění (v závislosti na složitosti a době fronty), povrchová úprava, čištění a kontrola se sčítají. Složité díly vyžadující více kroků budou mít delší dobu následného zpracování.
• Kontrola kvality & Příprava přepravy (1-3 dny): Závěrečná kontrola, sestavení dokumentace, balení.
• Doprava (proměnná): Záleží na lokalitě a způsobu dopravy.

Orientační celková doba realizace:

• Prototypy (jednotlivé díly nebo malé série): Obvykle 1 až 4 týdny.
• Malosériová výroba (malé série): Obvykle 4 až 8 týdnů nebo více, v závislosti na složitosti a množství.

Je velmi důležité získat od potenciálních dodavatelů konkrétní nabídky a odhady dodacích lhůt na základě konečného návrhu dílu, materiálu, specifikací a požadovaného množství. Jasné definování všech požadavků předem, včetně tolerancí, povrchových úprav, tepelného zpracování a protokolů o testování, umožňuje dodavatelům, jako je Met3dp, poskytnout přesné informace o tom, co je třeba udělat cenové faktory aditivní výroby a reálné harmonogramy dodávek pro vaše doba dodání kovu AM potřeby.

---

Často kladené otázky (FAQ) o 3D tištěných chladicích deskách baterií pro elektromobily

Inženýři a manažeři nákupu, kteří zkoumají aditivní výrobu pro tepelné řízení baterií, mají často specifické otázky. Zde jsou odpovědi na některé často kladené otázky:

Otázka 1: Jaký je tepelný výkon 3D tištěných chladicích desek ve srovnání s tradičně vyráběnými deskami (např. pájenými hliníkovými)?

A: 3D tištěné chladicí desky, pokud jsou správně navrženy s využitím principů DfAM, mohou často nabídnout vynikající tepelný výkon ve srovnání s tradičními protějšky. Hlavními důvody jsou:

• Optimalizované geometrie: AM umožňuje komplexní konstrukci vnitřních kanálů (např. TPMS, mikrožeber, konformních kanálů), které maximalizují plochu pro přenos tepla a optimalizují průtok chladicí kapaliny, což vede k vyšším koeficientům přenosu tepla a lepší teplotní rovnoměrnosti (ΔT) napříč články baterie. Tradiční metody jsou omezeny na jednodušší geometrie kanálů.
• Výběr materiálu: Zatímco tradiční metody často používají standardní hliníkové slitiny, AM umožňuje použití optimalizovaných materiálů, jako je AlSi10Mg nebo dokonce vysoce vodivý CuCrZr. Použití CuCrZr (≈320W/(m⋅K)) může zajistit výrazně lepší odvod tepla než standardní pájené hliníkové slitiny (obvykle 150-180W/(m⋅K)).
• Konsolidace částí: Eliminace tepelného odporu spojů nebo pájecích vrstev ve vícedílných tradičních sestavách může zlepšit tepelný tok.

Dosažení tohoto vynikajícího výkonu však do značné míry závisí na využití DfAM. Pouhý tisk konstrukce vytvořené pro pájení nemusí přinést významné výhody a mohl by dokonce fungovat hůře, pokud není optimalizován pro proces AM (např. kvůli drsnějším vnitřním povrchům, které zvyšují tlakovou ztrátu, pokud není zvládnuto proudění). Výkonnost by měla být vždy ověřena pomocí simulace CFD a fyzických zkoušek.

Otázka 2: Jaký je typický objem výroby, při kterém se AM stává nákladově konkurenceschopným pro chlazení desek ve srovnání s tradičními metodami, jako je pájení nebo lití?

A: Jedná se o složitou otázku, na kterou neexistuje jediná odpověď, protože “bod přechodu&#8221 závisí do značné míry na několika faktorech:

• Část Složitost: U velmi složitých konstrukcí, které je obtížné nebo nemožné vyrobit tradičním způsobem, může být AM nákladově efektivní i při relativně nízkých objemech vzhledem k hodnotě dosaženého výkonu nebo funkce.
• Materiál: Použití drahých materiálů, jako je CuCrZr, v AM posune bod přechodu k nižším objemům ve srovnání s použitím AlSi10Mg.
• Náklady na nástroje tradiční metody: Metody, jako je tlakové lití, jsou spojeny s velmi vysokými počátečními náklady na nástroje. AM se jim vyhýbá, takže je vysoce konkurenceschopná pro prototypy a malé objemy (obvykle do stovek nebo možná nízkých tisíců dílů ročně). Pájení může mít nižší náklady na nástroje než odlévání, ale vyšší náklady na montáž.
• Úroveň optimalizace (odlehčení/výkon): Pokud AM umožňuje výrazné odlehčení (snížení nákladů na materiál a zlepšení dojezdu vozidla) nebo zvýšení výkonu (umožnění menších/levnějších bateriových sad), mohou výhody na úrovni nákladů systému ospravedlnit vyšší cenu součástek při větších objemech.
• Vyzrálost procesu AM & Rychlost: Se zvyšující se rychlostí tisku AM a snižujícími se náklady na stroje se přechodový bod neustále posouvá směrem k vyšším objemům.

Obecný pokyn:

• Prototypování & Velmi nízký objem (1s – 100s): AM je téměř vždy nákladově efektivnější díky absenci nástrojů.
• Nízký až střední objem (100s – několik tisíc ročně): Často konkurenceschopné, zejména u složitých konstrukcí nebo tam, kde výhody AM (výkon, hmotnost) přinášejí významnou přidanou hodnotu.
• Velký objem (více než 10 000 ročně): Tradiční metody, jako je odlévání nebo velkoobjemové pájení/lisování, jsou obvykle nákladově efektivnější pro samotnou součást, pokud složitost nebo výkonnost umožněná AM nepřináší ohromující výhody na úrovni systému nebo pokud není jednoduše nedosažitelná jinak.

Pro konkrétní případy je zapotřebí podrobná analýza nákladů porovnávající optimalizované návrhy AM s optimalizovanými tradičními návrhy, včetně amortizace nástrojů a hodnoty na úrovni systému.

Otázka 3: Můžete zaručit těsnost chladicích desek vytištěných na 3D tiskárně?

A: Renomovaní poskytovatelé služeb AM pro kovy může dodávat chladicí desky odolné proti úniku, ale vyžaduje přísnou kontrolu procesu a povinné testování. Není to vrozená vlastnost, ale výsledek kvalitní výroby.

• Řízení procesu: Rozhodující je dosažení plně hustých dílů s minimální pórovitostí. To závisí na optimalizovaných parametrech tisku, vysoce kvalitním prášku a stabilním tiskovém prostředí.
• Design: Klíčové je zajistit dostatečnou tloušťku stěny a správně navržená těsnicí rozhraní (často vyžadující dodatečné opracování).
• Tepelné zpracování: Správné uvolnění napětí je důležité, aby se zabránilo opožděnému praskání.
• 100% testování těsnosti: To je nejvyšší záruka. Každá chladicí deska musí být podrobena zkoušce těsnosti (např. zkoušce rozpadu tlaku vzduchem nebo zkoušce těsnosti héliem pro přísnější požadavky) při stanovených tlacích (obvykle překračujících maximální provozní tlak o bezpečnostní faktor). Díly, které zkouškou neprojdou, musí být vyřazeny nebo případně opraveny/utěsněny, pokud je to proveditelné a povolené specifikacemi (i když vyřazení je bezpečnější).

Dodavatelé, jako je společnost Met3dp, kteří se zaměřují na průmyslovou kvalitu, chápou, že pro aplikace, jako je chlazení baterií, je rozhodující bezúniková funkčnost, a zavádějí nezbytné procesní kontroly a zkušební protokoly, aby zajistili, že díly splňují přísné požadavky. Záruky jsou obvykle vázány na splnění konkrétních dohodnutých parametrů zkoušek těsnosti.

Otázka 4: Jaké informace jsou potřeba k získání přesné nabídky na 3D tištěnou chladicí desku od dodavatele, jako je Met3dp?

A: K poskytnutí přesné nabídky a posouzení vyrobitelnosti potřebují dodavatelé obvykle tyto informace:

• 3D model CAD: Ve standardním formátu, jako je STEP (.stp, .step) nebo IGES (.igs, .iges). Přijatelné mohou být i nativní soubory CAD. Model by měl představovat konečnou požadovanou geometrii.
• 2D technický výkres (je-li k dispozici): Je nezbytné definovat kritické rozměry, tolerance (zejména u obráběných prvků), požadavky na povrchovou úpravu (hodnoty Ra pro konkrétní povrchy), specifikace materiálu, požadavky na tepelné zpracování a veškeré specifické zkušební protokoly (např. parametry zkoušek těsnosti).
• Specifikace materiálu: Jasně uveďte požadovanou slitinu (např. AlSi10Mg, CuCrZr) a všechny specifické normy, kterým musí odpovídat.
• Požadavky na tepelné zpracování: Zadejte požadovaný stav tepelného zpracování (např. stav T6 pro AlSi10Mg).
• Množství: Počet požadovaných dílů (pro prototypy, nízkoobjemové série nebo odhadovaný roční objem).
• Kritické funkce & Požadavky: Zdůrazněte všechny zvláště důležité vlastnosti, tolerance nebo funkční požadavky (např. specifická čistota vnitřních kanálů, jmenovitý tlak).
• Požadavky na testování & amp; inspekce: Uveďte podrobnosti o specifických NDT, rozšířené rozměrové kontrole nebo specifických parametrech zkoušky těsnosti (tlak, doba trvání, maximální rychlost úniku).
• Požadovaná doba dodání: Uveďte požadovaný časový rámec dodání, pokud je kritický.

Poskytnutí komplexních informací předem umožňuje poskytovateli služeb AM poskytnout přesnější nabídku, včas identifikovat potenciální možnosti DfAM nebo výrobní problémy a nakonec dodat díly, které přesně splňují vaše specifikace.

---

Závěr: Budoucnost tepelného managementu elektromobilů díky aditivní výrobě

Revoluce v oblasti elektromobilů si žádá neustálé inovace v oblasti baterií a efektivní tepelný management je základem pro dosažení vyššího výkonu, rychlejšího nabíjení, vyšší bezpečnosti a delší životnosti baterií. Tradiční výrobní metody sice dobře slouží, ale komplexní požadavky moderních baterií s vysokou hustotou energie jim stále více odporují. Aditivní výroba kovů, konkrétně laserová fúze v práškovém loži, se stala výkonným nástrojem, který nabízí transformační přístup k navrhování a výrobě kovů pokročilá řešení tepelného managementu jako jsou chladicí desky baterie.

Zkoumali jsme, jak AM uvolňuje okovy konstruktérům a umožňuje vytvářet chladicí desky se složitou vnitřní geometrií - konformní kanály, struktury TPMS, integrovaná žebra - které dříve nebylo možné vyrobit. To se přímo promítá do hmatatelných výhod:

• Vynikající tepelný výkon: Maximalizace odvodu tepla a dosažení výjimečné teplotní rovnoměrnosti napříč moduly baterie.
• Významné odlehčení: Snížení hmotnosti součástí díky optimalizaci topologie a mřížkové struktuře, což přispívá k prodloužení dojezdu vozidla.
• Zrychlené inovace: Umožňuje rychlou tvorbu prototypů a iteraci designu bez omezení tradičního nářadí.
• Zvýšená spolehlivost: Konsolidace více částí do jediné monolitické struktury, čímž se minimalizují potenciální místa úniku.

Cesta zahrnuje pečlivý výběr materiálu, přičemž AlSi10Mg nabízí všestrannou rovnováhu mezi vlastnostmi a cenou, zatímco CuCrZr poskytuje nejvyšší tepelnou vodivost pro nejnáročnější aplikace. Úspěch závisí na přijetí zásad návrhu pro aditivní výrobu (DfAM), pochopení dosažitelné přesnosti, provedení nezbytných kroků následného zpracování, jako je tepelné zpracování a obrábění, a překonání potenciálních problémů prostřednictvím odborné kontroly procesu.

Výběr správného výrobního partnera je nejdůležitější. Hledejte poskytovatele s prokazatelnými technickými znalostmi, robustními systémy kvality, komplexními schopnostmi od podpory návrhu až po následné zpracování a testování a zkušenostmi s příslušnými materiály a aplikacemi. Společnosti jako např Met3dpse svými integrovanými schopnostmi zahrnujícími výrobu vysoce kvalitních kovových prášků a pokročilá řešení aditivní výroby představují ideální partnery pro zvládnutí složitostí a plné využití potenciálu AM.

The budoucnost chlazení elektrických vozidel je neodmyslitelně spjata s pokrokem ve výrobní technologii. Aditivní výroba již není jen nástrojem pro tvorbu prototypů, ale konkurenceschopným výrobním řešením, které umožňuje dosáhnout výkonu baterií nové generace. Vzhledem k tomu, že automobilový průmysl pokračuje ve své snaze o elektrifikaci, zavádění trendy v aditivní výrobě v automobilovém průmyslu jako jsou 3D tištěné chladicí desky, se jen urychlí.

Jste připraveni prozkoumat, jak může aditivní výroba změnit vaši strategii tepelného managementu baterií?

Obraťte se na odborníky z Met3dp a prodiskutovat s nimi požadavky vašeho projektu, využít jejich odborné znalosti v oblasti DfAM a zjistit, jak vám mohou jejich špičková řešení AM pro kovy pomoci navrhnout a vyrobit vysoce výkonné, lehké a spolehlivé chladicí desky baterií pro vaše elektromobily. Spolupracujte se společností Met3dp a podpořte budoucnost elektromobility.