3D tištěné chladicí desky pro elektrická vozidla: Revoluce v tepelném hospodářství pomocí aditivní výroby

Obsah

Úvod: Napájení revoluce elektromobilů pomocí pokročilého chlazení

Trh s elektromobily (EV) se nebývale zrychluje díky technologickému pokroku, obavám o životní prostředí a měnícím se preferencím spotřebitelů. Pro výkon, životnost a bezpečnost elektromobilů je zásadní účinný tepelný management. Baterie, elektromotory a výkonová elektronika vytvářejí během provozu značné množství tepla a kontrola těchto teplot je prvořadá. Tradiční řešení chlazení často nesplňují stále náročnější požadavky moderních architektur elektromobilů. Zde je třeba kov 3D tisk, známá také jako aditivní výroba (AM), se stává transformativní technologií. Tím, že umožňuje vytvářet vysoce komplexní a efektivní 3D tištěné chladicí desky, AM revolučním způsobem mění přístup výrobců k problémům tepelného managementu v automobilovém průmyslu.  

Chladicí desky EV, často označované jako chladicí desky, jsou základní výměníky tepla určené k pohlcování a odvádění tepla z kritických součástí. Obvykle cirkuluje chladicí kapalina vnitřními kanály a odvádí tepelnou energii od zdrojů tepla, jako jsou bateriové články nebo výkonové moduly. S tím, jak se baterie elektromobilů stávají energeticky vydatnějšími a rychlost nabíjení se zvyšuje, je potřeba sofistikovaných systémů Řešení tepelného managementu pro elektromobily se stává kritickým. Neefektivní chlazení může vést ke zkrácení životnosti baterie, snížení výkonu, bezpečnostním rizikům (tepelný únik) a pomalejšímu nabíjení.  

Běžné výrobní metody chladicích desek, jako je pájení více lisovaných nebo obráběných součástí, odlévání nebo rozsáhlé CNC obrábění, se často potýkají s omezeními. Tyto metody mohou omezovat složitost konstrukce, zejména u geometrie vnitřních kanálů, což může vést k neoptimálnímu tepelnému výkonu, těžším součástem a více možným místům poruch v místech spojů nebo těsnění. Snaha o vyšší výkon, nižší hmotnost a kompaktnější konstrukce vyžaduje nový přístup.  

Aditivní výroba nabízí změnu paradigmatu. Umožňuje inženýrům navrhovat chladicí desky se složitými vnitřními strukturami, jako jsou komplexní mřížkové sítě, biomimetické kanály nebo průchody, které přesně odpovídají tvaru chlazených součástí. Tato geometrická volnost se přímo promítá do výrazně vyšší účinnosti přenosu tepla, snížené tlakové ztráty a optimalizovaného průtoku chladicí kapaliny, což jsou výhody nedosažitelné u tradičních postupů. Kromě toho AM umožňuje konsolidaci dílů, rychlou výrobu prototypů a použití pokročilých materiálů vybraných speciálně pro tepelný výkon a nízkou hmotnost. Pro manažery nákupu a inženýry v automobilovém průmyslu, kteří hledají vysoce výkonné chladicí desky a spolehlivé Dodavatelé komponentů pro elektromobily, je stále důležitější porozumět možnostem technologie AM pro zpracování kovů.  

Met3dp stojí v čele této technologické vlny. Jako přední poskytovatel průmyslových řešení pro aditivní výrobu kovů se společnost Met3dp specializuje jak na pokročilá zařízení pro 3D tisk, tak na vysoce výkonné kovové prášky nezbytné pro výrobu kritických dílů. Díky špičkovému objemu tisku, přesnosti a spolehlivosti jsou naše systémy přizpůsobeny pro náročné aplikace v letecké, lékařské, automobilové a průmyslové výrobě. Naše odborné znalosti v oblasti práškové metalurgie, využívající špičkové technologie plynové atomizace a plazmového rotačního elektrodového procesu (PREP), zajišťují výrobu sférických kovových prášků vynikající kvality, jako je AlSi10Mg, ideální pro výrobu lehkých a tepelně účinných chladicích desek EV. Spolupráce se společností Met3dp poskytuje přístup ke komplexním řešením a umožňuje společnostem plně využít potenciál výroba automobilových aditiv pro vývoj nové generace elektromobilů. Tento příspěvek se zabývá specifiky chladicích desek pro elektromobily vytištěných 3D tiskem, zkoumá jejich použití, výhody použití AM, doporučené materiály, konstrukční aspekty a další informace a poskytuje komplexního průvodce pro podniky, které chtějí tyto pokročilé komponenty získat nebo implementovat. Naším cílem je být vaším důvěryhodným velkoobchodní chladicí deska výrobní partner.

K čemu se používají chladicí desky pro elektromobily? Aplikace a kritické funkce

Chladicí desky pro elektromobily jsou specializované výměníky tepla pečlivě navržené tak, aby zvládaly tepelnou zátěž generovanou různými klíčovými součástmi v ekosystému elektromobilu. Jejich hlavním úkolem je udržovat tyto komponenty v optimálním rozsahu provozních teplot, a tím zajistit jejich účinnost, spolehlivost, bezpečnost a dlouhou životnost. Přechod na elektrifikaci klade na systémy tepelného managementu obrovský tlak, a proto jsou vyspělé chladicí desky nepostradatelné.

Mezi hlavní funkce a aplikace patří:

  1. Systém tepelného řízení baterie (BTMS): Jedná se pravděpodobně o nejkritičtější aplikaci.
    • Funkce: Baterie elektromobilů vytvářejí během nabíjení i vybíjení značné množství tepla, zejména při vysokém odběru energie (zrychlení) nebo při rychlém nabíjení. Chladicí desky jsou integrovány do bateriových sad, často jsou umístěny mezi bateriovými moduly nebo pod články, aby toto teplo absorbovaly a odváděly do chladicího okruhu vozidla.  
    • Důležitost: Udržování teploty baterie v úzkém optimálním rozmezí (obvykle 20-40 °C) je zásadní pro:
      • Výkonnost: Zabraňuje přehřátí, které může omezit výkon a zrychlení.  
      • Délka života: Snižuje degradační mechanismy urychlené vysokými teplotami, čímž prodlužuje životnost baterie.
      • Bezpečnost: Snižuje riziko tepelného úniku, nebezpečného stavu, kdy nadměrné teplo vyvolává v buňkách nekontrolované exotermické reakce.
      • Rychlost nabíjení: Umožňuje rychlejší nabíjení díky účinnému odvádění vznikajícího tepla.
    • Typy: Konstrukce se liší od jednoduchých hadovitých kanálků až po složité mikrokanálky nebo mřížkové struktury v závislosti na požadovaném chladicím výkonu a omezeních balení.
  2. Chlazení elektromotoru:
    • Funkce: Vysoce výkonné elektromotory, zejména synchronní motory s permanentními magnety (PMSM), které jsou běžné v elektrických vozidlech, vytvářejí značné množství tepla ve statorovém vinutí a rotoru v důsledku elektrického odporu (Jouleův ohřev) a magnetických ztrát. Toto teplo odvádějí chladicí desky, často integrované do skříně motoru (jako chladicí pláště) nebo umístěné v přímém kontaktu s prvky generujícími teplo.  
    • Důležitost: Zabraňuje přehřátí motoru, které může vést k demagnetizaci permanentních magnetů, poruše izolace, snížení účinnosti a snížení výkonu. Účinné chlazení umožňuje motorům pracovat při vyšších hustotách výkonu a udržet špičkový výkon po delší dobu.  
    • Trend: S tím, jak se motory stávají výkonnějšími a kompaktnějšími, roste potřeba pokročilých řešení chlazení, jako jsou například složitě kanalizované 3D tištěné desky.
  3. Chlazení výkonové elektroniky:
    • Funkce: Součásti výkonové elektroniky, jako jsou měniče (převod stejnosměrného proudu na střídavý pro motor), měniče (převod stejnosměrného proudu na stejnosměrný pro pomocné systémy) a palubní nabíječky, zpracovávají velké množství elektrické energie a následně generují značné množství tepla v důsledku spínacích ztrát a ztrát vedením. Jako chladiče se používají chladicí desky, často s rozhraními pro přímou montáž výkonových modulů (např. IGBT, SiC MOSFET).  
    • Důležitost: Tyto polovodičové součástky jsou velmi citlivé na teplotu. Přehřátí může výrazně zkrátit jejich životnost, zhoršit výkon a vést k selhání součástek, což může vést k vyřazení vozidla z provozu. Účinné chlazení zajišťuje spolehlivý provoz a umožňuje konstrukce s vyšší hustotou výkonu, díky čemuž jsou jednotky výkonové elektroniky menší a lehčí.  
    • Výzva: Výkonová elektronika má často velmi vysokou hustotu tepelného toku, což vyžaduje chladicí řešení s mimořádně vysokou tepelnou vodivostí a optimalizovanými cestami proudění kapalin, což jsou oblasti, ve kterých 3D tisk vyniká.  
  4. Další potenciální aplikace:
    • Integrované tepelné systémy: AM umožňuje potenciální integraci chladicích kanálů přímo do konstrukčních prvků nebo krytů, což dále konsoliduje díly a zlepšuje tepelné cesty.  
    • Vysoce výkonná výpočetní technika (HPC) / řídicí jednotky: Pokročilé asistenční systémy řidiče (ADAS) a centrální výpočetní jednotky v moderních vozidlech také produkují teplo, které může vyžadovat speciální chladicí řešení, případně využití kompaktních 3D tištěných chladicích desek.  
    • Mimo automobilový průmysl: Ačkoli se zde zaměřujeme na elektromobily, podobné 3D tištěné chladicí desky nacházejí uplatnění i v dalších náročných odvětvích vyžadujících pokročilé řízení tepla, jako je výkonná průmyslová elektronika, letecké a kosmické systémy, lékařské přístroje (např. chlazení laserů) a chlazení datových center.  

Obsluhovaná odvětví:

  • Primární: Automobilový průmysl (Elektrická vozidla, hybridní elektrická vozidla, hybridní elektrická vozidla s možností zástrčky)
  • Sekundární: Elektromobilita (elektrobusy, elektrické nákladní automobily, elektrické motocykly), motoristický sport (elektrické závodní série), letectví (elektrické komponenty letadel), průmyslová elektronika, vysoce výkonná výpočetní technika.

Manažeři nákupu a inženýrské týmy zajišťující zdroje řešení chlazení pro automobilový průmysl nebo hledání součást elektrického vozidla výrobci si musí uvědomit, jak důležitou roli tyto desky hrají. Nejsou to jen pasivní součásti, ale aktivní prvky, které přispívají k výkonu a spolehlivosti elektromobilů. Díky možnosti přizpůsobit konstrukci pro konkrétní architektury vozidel, chemické složení baterií nebo úrovně výkonu jsou flexibilní výrobní techniky, jako je např 3D tisk z kovu obzvláště atraktivní. Společnost Met3dp úzce spolupracuje s klienty z automobilového průmyslu na vývoji a výrobě chladicích desek optimalizovaných pro jejich jedinečné tepelné výzvy, přičemž využívá své hluboké znalosti aditivních výrobních procesů i vědy o materiálech k zajištění efektivních výsledků Chlazení hnacího ústrojí EV a řešení BTMS.

343

Proč používat kovový 3D tisk pro chladicí desky pro elektromobily? Uvolnění výkonu a svobody designu

Tradiční výrobní metody sice sloužily průmyslu po desetiletí, ale ze své podstaty omezují možnosti skutečně optimalizovaných komponent tepelného managementu. Aditivní výroba kovů zásadně mění konstrukční a výrobní paradigma chladicích desek pro elektromobily a nabízí řadu přesvědčivých výhod, které přímo řeší problémy moderních elektromobilů. Konstruktéři a výrobci se stále častěji obracejí k AM, aby získali konkurenční výhodu díky vynikajícímu výkonu, nižší hmotnosti a rychlejším vývojovým cyklům.  

Zde je přehled hlavních výhod použití kovových chladicích desek AM pro elektromobily:

  1. Bezprecedentní volnost a komplexnost návrhu:
    • Složité vnitřní kanály: Proces AM’layer-by-layer umožňuje vytvářet velmi složité vnitřní geometrie, které je nemožné nebo neúnosně drahé vyrábět tradičními metodami. To zahrnuje:
      • Tenkostěnné struktury: Snížení spotřeby materiálu a hmotnosti.  
      • Mřížové nebo gyroidní konstrukce: Maximalizuje plochu povrchu v daném objemu, čímž výrazně zlepšuje přenos tepla mezi materiálem desky a chladicím médiem.  
      • Konformní kanály: Návrh chladicích kanálů, které přesně kopírují obrysy zdroje tepla (např. bateriové články, výkonové moduly), minimalizují tepelný odpor a zlepšují rovnoměrnost chlazení.
      • Biomimetické návrhy: Napodobování přirozených struktur (jako jsou žilky v listech) pro optimalizaci proudění tekutin, snížení tlakových ztrát a zvýšení tepelné účinnosti.  
    • Dopad: Tato geometrická volnost umožňuje konstruktérům vytvářet chladicí desky, které jsou nejen funkční, ale také vysoce optimalizované pro specifické tepelné zatížení, průtoky a omezení balení.  
  2. Vylepšený tepelný výkon:
    • Zvýšený přenos tepla: Složité vnitřní struktury umožněné technologií AM výrazně zvětšují plochu pro výměnu tepla, což vede k výrazně vyšším koeficientům přenosu tepla ve srovnání s jednoduchými hadovitými nebo vrtanými kanály, které se vyskytují v tradičních konstrukcích.  
    • Vylepšená distribuce průtoku: Optimalizovaná konstrukce kanálů zajišťuje rovnoměrnější rozložení průtoku chladicí kapaliny napříč deskou, čímž se eliminují horká místa a zvyšuje se celková účinnost chlazení.  
    • Snížený tepelný odpor: Tvarové kanály minimalizují vzdálenost, kterou musí teplo urazit od zdroje k chladicí kapalině, snižují tepelný odpor a zlepšují odezvu.
    • Výsledek: chladicí desky vytištěné na 3D tiskárně mohou často dosáhnout vynikajícího chladicího výkonu ve stejném nebo menším objemu ve srovnání s konvenčními protějšky, což je rozhodující pro řízení tepla v komponentech elektromobilů s vysokým výkonem.  
  3. Konsolidace částí:
    • Snížená složitost montáže: Tradičně se chladicí desky mohou skládat z více kusů (např. dvě desky s obrobenými kanály, které jsou pak k sobě připájeny, a vstupní/výstupní armatury). AM umožňuje tyto složité sestavy vytisknout jako jediný monolitický díl.  
    • Výhody:
      • Méně potenciálních míst úniku: Eliminuje spoje a těsnění spojené s pájením nebo těsněním, což zvyšuje dlouhodobou spolehlivost.
      • Zjednodušený dodavatelský řetězec & Montáž: Snižuje počet dílů, správu zásob a dobu montáže/náklady.
      • Vylepšená strukturální integrita: Monolitické díly mohou ve srovnání se sestavami nabídnout lepší konstrukční vlastnosti.
  4. Odlehčení:
    • Účinnost materiálu: AM používá materiál pouze v případě potřeby. Složité vnitřní struktury, jako jsou mřížky, ze své podstaty snižují objem materiálu při zachování výkonu.  
    • Optimalizované topologie: Návrhový software dokáže provést optimalizaci topologie a odstranit materiál z nekritických oblastí při zachování strukturální integrity a tepelného výkonu, což vede k výrazným úsporám hmotnosti.  
    • Výběr materiálu: AM umožňuje použití lehkých, vysoce výkonných materiálů, jako jsou slitiny hliníku (např. AlSi10Mg), které mají vynikající tepelné vlastnosti při nízké hustotě.
    • Dopad: Snížení hmotnosti součástí je u elektrických vozidel zásadní pro zlepšení dojezdu, jízdních vlastností a celkové účinnosti vozidla.  
  5. Rychlé prototypování a zrychlený vývoj:
    • Rychlá iterace: AM umožňuje konstruktérům rychle přejít od modelu CAD k fyzickému prototypu. Více variant návrhu lze vytisknout a otestovat za zlomek času potřebného pro tradiční nástroje a výrobní nastavení.  
    • Zkrácení doby uvedení na trh: Tato schopnost rychlé iterace výrazně urychluje vývojový cyklus nových modelů elektrických vozidel nebo modernizací komponent.  
  6. Přizpůsobení a výroba na vyžádání:
    • Řešení na míru: Chladicí desky lze snadno přizpůsobit konkrétním velikostem bateriových modulů, krytům motorů, uspořádání výkonové elektroniky nebo jedinečným požadavkům na balení bez nutnosti nákladných změn nástrojů.
    • Životaschopnost při malém objemu: AM je nákladově efektivní pro výrobu malých sérií nebo vysoce přizpůsobených dílů, což je ideální pro specifické aplikace pro elektromobily, prototypy nebo vylepšení výkonu na trhu s náhradními díly.  
  7. Pokročilé využití materiálů:
    • Vysoce výkonné slitiny: Procesy AM mohou efektivně využívat pokročilé kovové slitiny, včetně slitin mědi s vysokou tepelnou vodivostí (jako je CuCrZr) nebo specializovaných druhů hliníku optimalizovaných pro tepelné aplikace, které by bylo obtížné zpracovávat konvenčním způsobem.

Srovnání: AM vs. tradiční výroba pro chladicí desky

VlastnostiVýroba aditiv kovů (AM)Tradiční metody (pájení, odlévání, obrábění)
Složitost návrhuExtrémně vysoká (složité vnitřní kanály, mřížky)Omezené (jednoduché kanály, vyžaduje montáž)
Tepelný výkonPotenciálně vynikající (optimalizovaná geometrie, vysoká SA)Dobrý až velmi dobrý (omezení designu)
Konsolidace částíVynikající (možnost monolitických dílů)Špatný (vyžaduje montáž více dílů)
OdlehčeníVynikající (optimalizace topologie, mřížky)Mírná (omezená procesními omezeními)
Doba realizace (Proto)RychlePomalé (často je zapotřebí nástrojové vybavení)
Doba realizace (Prod)Mírná (zlepšující se škálovatelnost)Rychle (pro zavedené procesy s velkým objemem)
PřizpůsobeníVysoká / snadnáNízká / nákladná (vyžaduje změny nástrojů)
Materiálový odpadNízký (tvar blízký síti)Střední až vysoká (obrábění, odlévací dráhy)
Počáteční náklady (nízký objem)Nižší (bez nástrojů)Vyšší (převažují náklady na nástroje)
Náklady (vysoký objem)Potenciálně vyšší (rychlost procesu/náklady)Nižší (úspory z rozsahu)
SpolehlivostPotenciálně vyšší (bez spojů/těsnění)Závisí na kvalitě montáže

Export do archů

Využití odborných znalostí společnosti Met3dp&#8217:

Dosažení těchto cílů výhody aditivní výroby vyžaduje nejen pokročilé konstrukční schopnosti, ale také robustní a spolehlivé tiskové procesy a vysoce kvalitní materiály. O společnosti Met3dp - naše společnost poskytuje právě toto. Řada tiskáren Met3dp’Selective Electron Beam Melting (SEBM) a Laser Powder Bed Fusion (LPBF) je konstruována s ohledem na přesnost a opakovatelnost, které jsou nezbytné pro výrobu složitých prvků vysoce výkonných chladicích desek. Naše systémy poskytují špičkové objemy sestavení, což umožňuje výrobu větších desek nebo dávkovou výrobu menších jednotek. Naše hluboké znalosti procesních parametrů pro materiály, jako je AlSi10Mg, navíc zajišťují, že výsledné díly mají požadovanou hustotu, mechanickou integritu a tepelné vlastnosti. Díky spolupráci se společností Met3dp získávají automobilové společnosti a dodavatelé přístup k nejmodernějším technologiím a odborným znalostem, což jim umožňuje plně využít potenciál AM pro vytváření lehčích, efektivnějších a vysoce spolehlivých dílů řešení chlazení na zakázku pro náročný trh s elektromobily. Působíme jako specializovaný kovový AM dodavatel pro automobilový průmysl, připraven pomoci od optimalizace návrhu až po sériovou výrobu.  

Doporučené materiály a jejich význam: AlSi10Mg a CuCrZr

Volba materiálu je zásadní pro výkon, hmotnost, odolnost a cenu chladicí desky pro 3D tisk EV. Aditivní výroba nabízí flexibilitu, ale výběr správného kovového prášku je rozhodující. U aplikací tepelného managementu, jako jsou chladicí desky pro elektromobily, je třeba brát v úvahu především tepelnou vodivost, hustotu (hmotnost), mechanickou pevnost, odolnost proti korozi, možnost tisku a cenu. Dva materiály vynikají svou vhodností: AlSi10Mg (slitina hliníku) a CuCrZr (slitina mědi).  

1. AlSi10Mg (slitina hliníku, křemíku a hořčíku): Všestranný pracovní kůň

  • Popis: AlSi10Mg je jednou z nejpoužívanějších hliníkových slitin v aditivní výrobě. Je to v podstatě slitina upravená pro procesy tavení v práškovém loži (LPBF a SEBM). Obsah křemíku zlepšuje tekutost při tavení a tuhnutí, zatímco hořčík zvyšuje pevnost díky precipitačnímu zpevnění (často dosahovanému tepelným zpracováním).  
  • Klíčové vlastnosti:
    • Dobrá tepelná vodivost: Obvykle kolem 120-180 W/m-K v závislosti na parametrech tisku a následném zpracování (stav tepelného zpracování). I když není tak vysoká jako u čistého hliníku nebo mědi, je pro mnoho aplikací chlazení EV dostačující.
    • Nízká hustota: Přibližně 2,67 g/cm³. To je velká výhoda pro odlehčení, které je u elektromobilů klíčové pro maximalizaci dojezdu a účinnosti.
    • Vynikající tisknutelnost: Dobře se zpracovává v laserových systémech i v systémech s elektronovým paprskem, což umožňuje vytvářet jemné rysy a složité geometrie s dobrou povrchovou úpravou a hustotou (obvykle > 99,5 %).
    • Dobré mechanické vlastnosti: Nabízí příznivý poměr pevnosti a hmotnosti, zejména po vhodném tepelném zpracování (např. T6). Pevnost v tahu se může pohybovat od 250 MPa (v základním stavu) do více než 400 MPa (tepelně zpracované).
    • Dobrá odolnost proti korozi: Vytváří pasivní oxidovou vrstvu, která poskytuje dostatečnou ochranu v typickém prostředí chladicí kapaliny automobilů.
    • Efektivita nákladů: Díky relativně velkému množství surovin a dobře zavedeným parametrům tisku patří k ekonomicky výhodnějším kovovým AM práškům.
  • Výhody chladicích desek pro elektromobily:
    • Lehký šampion: Díky své nízké hustotě je ideální pro snížení celkové hmotnosti vozidla.
    • Vyvážený výkon: Nabízí dobrou kombinaci tepelné vodivosti, mechanické pevnosti a vyrobitelnosti za rozumnou cenu.
    • Flexibilita designu: Jeho vynikající tisknutelnost umožňuje konstruktérům plně využít geometrickou volnost AM pro složité kanály a prvky.  
    • Průmyslový standard: V odvětví AM je široce charakterizován a pochopen, má zavedené procesní parametry a protokoly následného zpracování.
  • Aplikace: Chladicí desky baterií, chlazení výkonové elektroniky (tam, kde je tepelná zátěž mírná), chladicí pláště skříní motorů, komponenty tepelného managementu pro všeobecné použití, kde je hlavním faktorem hmotnost.

2. CuCrZr (slitina mědi, chromu a zirkonia): Vysoce výkonný tepelný měnič

  • Popis: CuCrZr je precipitačně kalitelná slitina mědi známá pro svou výjimečnou kombinaci vysoké tepelné a elektrické vodivosti, dobré mechanické pevnosti (zejména při zvýšených teplotách) a odolnosti proti měknutí. Malé přídavky chromu a zirkonia umožňují zpevnění tepelným zpracováním, aniž by se výrazně zhoršila přirozená vodivost mědi.  
  • Klíčové vlastnosti:
    • Vynikající tepelná vodivost: Typicky >300 W/m-K po správném tepelném zpracování a stárnutí, což je výrazně více než u hliníkových slitin a blíží se hodnotě čisté mědi. To umožňuje mimořádně účinný odvod tepla.
    • Vysoká elektrická vodivost: Vykazuje také vysokou elektrickou vodivost, i když pro čistě tepelné aplikace je méně důležitá.
    • Dobrá odolnost při vysokých teplotách: Ve srovnání s čistou mědí nebo mnoha slitinami hliníku si lépe zachovává pevnost při zvýšených teplotách.
    • Mírná hustota: Přibližně 8,8-8,9 g/cm³. Výrazně hustší a těžší než AlSi10Mg.
    • Náročná tisknutelnost: Měděné slitiny jsou pro svou vysokou odrazivost a tepelnou vodivost, které mohou vést k nestabilitě procesu a defektům, notoricky známé jako obtížně zpracovatelné laserem. Často se dává přednost specializovaným zařízením (např. zeleným nebo modrým laserům) nebo tavení elektronovým svazkem (EBM), které je méně citlivé na odrazivost. Dosažení vysoké hustoty vyžaduje pečlivou optimalizaci parametrů.  
    • Vyšší náklady: Měděná surovina je dražší než hliník a náročný proces tisku může zvýšit celkové náklady na součástky.
  • Výhody chladicích desek pro elektromobily:
    • Maximální odvod tepla: Díky své vynikající tepelné vodivosti je vhodným materiálem pro aplikace s velmi vysokou hustotou tepelného toku nebo tam, kde je důležité minimalizovat teplotní gradienty.
    • Výkon při vysokých teplotách: Vhodné pro komponenty pracující v blízkosti zdrojů tepla nebo v náročnějších tepelných prostředích.
  • Aplikace: Přímé chlazení komponent s vysokou hustotou výkonu (např. výkonové moduly SiC/GaN), chlazení výkonných elektromotorů, aplikace, kde je tepelný výkon absolutní prioritou před hmotností nebo náklady.  

Srovnání vlastností materiálu (typické hodnoty – mohou se výrazně lišit v závislosti na procesu AM & následné zpracování)

VlastnictvíAlSi10Mg (tepelně zpracovaný)CuCrZr (tepelně zpracovaný)Čistá měď (žíhaná)hliník 6061 (T6)JednotkyPoznámky
Tepelná vodivost~150 – 180>300~390~167W/m-KCuCrZr zde nabízí obrovskou výhodu.
Hustota~2.67~8.85~8.96~2.70g/cm³AlSi10Mg je výrazně lehčí.
Mez kluzu~250 – 300+~400 – 500+~70~276MPaObě slitiny AM mají po tepelném zpracování dobrou pevnost.
Maximální pevnost v tahu~400 – 450+~450 – 550+~220~310MPa
Relativní potisknutelnost (LPBF)VynikajícíNáročnýVelmi náročnéDobrýEBM může být pro Copper lepší.
Relativní nákladyDolníVyššíVysokýNízkýZohledňuje složitost prášku a zpracování.
Odolnost proti koroziDobrýDobrýFair (Může zmatnět)Velmi dobřeJe třeba zkontrolovat specifickou kompatibilitu chladicí kapaliny.

Export do archů

Důležitost kvality prášku – Výhoda Met3dp’s:

Teoretických vlastností slitiny lze u 3D tištěného dílu dosáhnout pouze tehdy, pokud je výchozí materiál - kovový prášek - mimořádně kvalitní. V tomto případě jsou rozhodující odborné znalosti společnosti Met3dp&#8217.

  • Pokročilá výroba prášků: Met3dp využívá špičkové technologie rozprašování plynu a technologie PREP (Plasma Rotating Electrode Process). Naše plynové atomizační systémy využívají unikátní konstrukci trysek a řízený průtok plynu k výrobě sférické kovové prášky s:
    • Vysoká sféricita & dobrá tekutost: Je nezbytný pro rovnoměrné rozprostření prášku v loži, což vede ke konzistentnímu tavení a vysoké hustotě dílů (>99,5 %). Špatná tekutost může způsobit vznik dutin a defektů.  
    • Řízená distribuce velikosti částic (PSD): Optimalizované PSD zajišťuje dobrou hustotu balení a schopnost rozlišení.
    • Nízký obsah kyslíku & amp; Obsah nečistot: Minimalizuje množství nečistot, které mohou zhoršit vlastnosti materiálu a vést k defektům při tisku.
  • Optimalizované prášky: Vyrábíme vysoce kvalitní prášek AlSi10Mg speciálně optimalizovaný pro procesy fúze v laserovém a elektronovém lůžku. Zatímco CuCrZr představuje jedinečnou výzvu, schopnosti společnosti Met3dp&#8217 v oblasti výzkumu a vývoje a pokročilé systémy výroby prášků nám umožňují spolupracovat s klienty na vývoji nebo získávání vysoce výkonných prášků ze slitin mědi přizpůsobených pro tepelné aplikace. Náš rozsáhlý produkty portfolio zahrnující materiály, jako jsou slitiny Ti, CoCrMo, nerezové oceli a superslitiny, dokládá naši širokou schopnost zpracovávat různé a náročné materiály.
  • Zajištění kvality: Přísná opatření pro kontrolu kvality zajišťují konzistenci jednotlivých šarží, která je zásadní pro spolehlivou výrobu těchto produktů kovový prášek pro automobilový průmysl.

Kritéria výběru:

Volba mezi AlSi10Mg a CuCrZr (nebo jinými možnými slitinami) zahrnuje analýzu kompromisů:

  • Tepelná zátěž: Kolik tepla je třeba odvést? Velmi vysoký tepelný tok ukazuje na CuCrZr.
  • Cílová hmotnost: Je nejdůležitější minimalizovat hmotnost? AlSi10Mg je jasná volba.
  • Provozní teplota: Bude součást vystavena vysokým teplotám? CuCrZr nabízí lepší zachování pevnosti.
  • Prostor pro balení: Může o něco větší deska AlSi10Mg dosáhnout požadovaného chlazení, nebo je prostor tak omezený, že postačí pouze vyšší vodivost CuCrZr?
  • Rozpočet: AlSi10Mg je obecně cenově výhodnější.
  • Objem výroby & Schopnost dodavatele: Ujistěte se, že vybrané dodavatel kovového prášku a poskytovatel služeb AM mají prokazatelné schopnosti s vybraným materiálem.

Souhrnně lze říci, že AlSi10Mg poskytuje vynikající rovnováhu pro mnoho aplikací chlazení elektromobilů a účinně využívá odlehčení a svobodu konstrukce AM. CuCrZr představuje špičkovou výkonnostní variantu pro tepelně nejnáročnější scénáře, i když s ohledem na hmotnost, náklady a složitost výroby. Společnost Met3dp poskytuje nejen pokročilé tiskové systémy, ale také vysoce kvalitní, optimalizovaný kovový prášek pro 3D tisk potřebné k úspěšné výrobě spolehlivých a účinných chladicích desek z těchto materiálů, které našim zákazníkům zajišťují splnění přísných požadavků průmyslu elektrických vozidel.  

344

Úvahy o návrhu pro aditivní výrobu (DfAM): Přemýšlení ve vrstvách

Přechod od tradičních výrobních paradigmat k aditivní výrobě vyžaduje více než jen převod standardního modelu CAD do souboru STL. Aby inženýři skutečně využili sílu 3D tisku kovů pro komponenty, jako jsou chladicí desky pro elektromobily, musí přijmout Design pro aditivní výrobu (DfAM). DfAM je metodika, která zahrnuje navrhování dílů speciálně optimalizovaných pro jedinečné možnosti a omezení procesů AM. Pokud se zásady DfAM nezohlední včas, může to vést k poruchám tisku, neoptimálnímu výkonu, zvýšenému úsilí při následném zpracování a vyšším nákladům. Naopak zvládnutí DfAM otevírá potenciál pro vytváření skutečně inovativních a vysoce výkonných strojů optimalizace topologie chladicích desek a další tepelně účinné komponenty.

Klíčové principy DfAM pro 3D tištěné chladicí desky:

  1. Využití geometrické volnosti pro tepelný výkon:
    • Optimalizace interních kanálů: Právě v tomto případě se AM hodí pro chlazení desek.
      • Návrh průtokové cesty: Vyhněte se ostrým 90stupňovým ohybům, které zvyšují tlakové ztráty a vytvářejí zóny stagnace proudění. Používejte plynulé oblouky. Strategicky měňte průřezy kanálů, abyste zrychlili nebo zpomalili proudění a ovlivnili místní koeficienty přestupu tepla.
      • Tloušťka stěny: AM umožňuje vytvářet velmi tenké stěny (až ~0,3-0,5 mm, v závislosti na procesu a materiálu), což snižuje hmotnost a tepelný odpor. Minimální tloušťky však musí být dodrženy kvůli strukturální integritě a tisknutelnosti.
      • Funkce pro zlepšení přenosu tepla: Začlenění prvků, jako jsou malé kolíky, žebra, důlky nebo integrované mřížové/gyroidní struktury v rámci kanálů. Ty fungují jako turbulátory, narušují mezní vrstvu a výrazně zvyšují místní přenos tepla, často však za cenu zvýšené tlakové ztráty. DfAM umožňuje přesné umístění těchto prvků pouze tam, kde je to potřeba.
      • Komplexní sítě: Navrhněte rozvětvení nebo rozdělovací struktury, které účinně rozvádějí chladicí kapalinu po velkých plochách a zajišťují rovnoměrné chlazení.
    • Konformní chlazení: Místo plochých desek s hadovitými kanály navrhněte chladicí kanály, které přesně kopírují 3D obrysy chlazených součástí (např. válcové články baterií, zakřivené statory motorů, složité uspořádání výkonových modulů). Tím se minimalizuje tepelná dráha, snižují se teplotní gradienty a maximalizuje se kontaktní plocha, což vede k vysoce účinnému a rovnoměrnému chlazení. To je u tradičních metod mimořádně obtížné nebo nemožné, ale u AM je to snadné.
    • Integrované funkce: Konsolidace dílů navrhováním prvků přímo do chladicí desky:
      • Montážní šrouby/držáky: Odstranění samostatných spojovacích prvků a montážních kroků.
      • Kapalinové konektory: Integrujte závitové porty nebo přizpůsobená rozhraní pro vedení kapalin přímo do tisku.
      • Senzorové porty: Navrhněte kryty pro teplotní nebo tlakové senzory na kritických místech chladicího okruhu.
      • Kanály pro vedení kabelů: Integrujte kanály nebo svorky pro vedení blízkých kabelových svazků.
  2. Přizpůsobení se omezením procesu AM:
    • Podpůrné struktury: Tavení kovového práškového lože vyžaduje podpůrné konstrukce pro prvky, které přesahují přes konstrukční desku pod úhlem obvykle menším než 45 stupňů od vodorovné roviny. Také vnitřní kanály často vyžadují podpěru, pokud nejsou pečlivě navrženy.
      • Strategie minimalizace: Orientujte díl na konstrukční desce tak, abyste minimalizovali množství přesahů vyžadujících podepření. Pokud je to možné, navrhujte prvky se samonosnými úhly (>45 stupňů). Pro vodorovné vnitřní kanály používejte kosočtvercové, slzovité nebo klíčové otvory, aby byly samonosné.
      • Přístupnost: Pokud jsou podpěry nevyhnutelné (zejména vnitřní), zajistěte, aby byly přístupné pro odstranění během následného zpracování. V případě potřeby navrhněte přístupové otvory nebo rozdělte konstrukci na části, ačkoli tím zaniknou některé výhody konsolidace dílů. Odstranění podpěr může ovlivnit kvalitu vnitřního povrchu.
      • Dopad: Podpory prodlužují dobu tisku, spotřebovávají materiál a jejich odstranění vyžaduje značné úsilí při následném zpracování. Jejich minimalizace pomocí chytrého návrhu je zásadní.
    • Minimální velikosti prvků: Jemnost detailů, které může AM vytvořit, je omezená.
      • Tloušťka stěny: Jak již bylo uvedeno, existují minimální dosažitelné tloušťky stěn (např. ~0,3-0,5 mm). Navrhování pod touto hodnotou může vést k neúplným prvkům nebo selhání tisku.
      • Průměr otvoru/kanálu: Velmi malé kanálky (0,5-1,0 mm) mohou být náročné na spolehlivý tisk, a co je důležitější, je obtížné je zbavit netaveného prášku.
      • Schopnosti Met3dp: Pokročilé tiskárny Met3dp’nabízejí vysoké rozlišení, ale návrháři by se měli seznámit s konkrétními pokyny Met3dp’pro minimální velikosti prvků dosažitelné s jejich zařízením (LPBF i SEBM) a vybranými materiály.
    • Zbytkové napětí a deformace: Rychlé zahřívání a ochlazování, které je vlastní procesům PBF, vytváří v dílu vnitřní pnutí. Tato napětí mohou způsobit deformaci (pokřivení) během tisku nebo po vyjmutí z konstrukční desky.
      • Strategie zmírnění dopadů:
        • Orientace: Pomoci může orientace dílu tak, aby se minimalizovaly velké rovné plochy rovnoběžné s konstrukční deskou a snížila se výška.
        • Tepelné ukotvení: Použití robustních podpůrných konstrukcí pomáhá ukotvit díl.
        • Konstrukční prvky: Přidejte obětní žebra nebo struktury, abyste díl během tisku vyztužili (později je odstraníte). V rozích používejte velké poloměry místo ostrých hran, které působí jako koncentrátory napětí. Pokud je to možné, rozdělte velké objemy na tenčí části.
        • Řízení procesu: Využití vhodných procesních parametrů a případného ohřevu stavebních desek (běžné u systémů SEBM a některých systémů LPBF) pomáhá snížit tepelné gradienty.
    • Odstranění prášku: Z hotového dílu je třeba odstranit netavený prášek, zejména z vnitřních kanálků.
      • Návrh evakuace: V nízkých místech a na strategických místech vnitřní sítě kanálů vytvořte dostatečně velké vypouštěcí/přístupové otvory (ideálně o průměru > 1-2 mm), které umožní snadný únik prášku gravitací, vibracemi a prouděním vzduchu. Vyhněte se složitým vnitřním dutinám bez výstupní cesty. Hladké vnitřní přechody rovněž napomáhají proudění prášku.
  3. Využití pokročilých softwarových nástrojů:
    • CAD: Moderní software CAD stále častěji obsahuje funkce specifické pro DfAM.
    • Simulace:
      • Výpočetní dynamika tekutin (CFD): Zásadní pro simulaci proudění chladicí kapaliny a přenosu tepla ve složitých konstrukcích vnitřních kanálů před tisk. Umožňuje optimalizaci geometrie pro tepelný výkon a tlakovou ztrátu.
      • Analýza konečných prvků (FEA): Slouží k předpovědi koncentrace napětí, deformace při zatížení a potenciálních problémů se zbytkovým napětím.
      • Simulace procesu: Specializovaný software může simulovat samotný proces výroby AM a předvídat potenciální problémy, jako je deformace nebo selhání podpěr.
    • Optimalizace topologie: Algoritmy automaticky odstraňují materiál z nekritických oblastí konstrukce na základě definovaných případů zatížení, omezení (např. zachovat neporušené kanály pro kapaliny) a cílů (např. minimalizovat hmotnost, maximalizovat tuhost), což vede k vysoce efektivním, často organicky vypadajícím strukturám, které jsou ideální pro odlehčování.

Spolupráce je klíčová: Efektivní DfAM často vyžaduje úzkou spolupráci mezi konstruktérem dílu a poskytovatelem služeb AM. Tým Met3dp má hluboké odborné znalosti v různých oblastech Způsoby tisku (LPBF, SEBM) a materiály. Konzultace s našimi aplikačními inženýry na počátku procesu návrhu může pomoci identifikovat potenciální problémy s tiskem, optimalizovat návrh z hlediska výkonu a nákladové efektivity a zajistit, aby finální díl splňoval všechny specifikace. Tento přístup založený na spolupráci zefektivňuje proces vývoje a maximalizuje výhody volby aditivní výroby.

Tolerance, povrchová úprava a rozměrová přesnost: Pochopení kvality ve stavu po sestavení (As-Built Quality)

Inženýři zvyklí na přísné tolerance a hladké povrchy CNC obrábění musí při práci s aditivní výrobou kovů upravit svá očekávání. Zatímco AM nabízí bezkonkurenční geometrickou volnost, povaha slučování po vrstvách vede k odlišným vlastnostem, pokud jde o přesnost a strukturu povrchu. Pochopení těchto aspektů je zásadní pro vhodný návrh dílů a plánování nezbytných kroků následného zpracování. Zásobování manažerů veřejných zakázek přesný tisk na kov služby by si měly se svými dodavateli vyjasnit dosažitelné specifikace.

Typické tolerance:

  • Obecné rozměry: Kovové díly PBF mohou obvykle dosáhnout tolerancí podle normy ISO 2768-m (střední) nebo někdy ISO 2768-f (jemné) pro celkové rozměry. To může znamenat ±0,1 mm až ±0,5 mm v závislosti na konkrétním rozměru, velikosti dílu, materiálu a kalibraci stroje.
  • Faktory ovlivňující toleranci:
    • Velikost dílu: Větší díly mají tendenci vykazovat větší absolutní odchylku v důsledku kumulovaných tepelných vlivů a možného kroucení.
    • Orientace: Orientace prvku vzhledem ke směru sestavení ovlivňuje jeho dosažitelnou toleranci.
    • Materiál: Různé materiály mají různé faktory smrštění a tepelné chování.
    • Kalibrace strojů a řízení procesů: Dobře udržované a kalibrované stroje s přísně kontrolovanými parametry poskytují vyšší přesnost. Společnost Met3dp klade velký důraz na kalibraci strojů a stabilitu procesů, aby zajistila konzistentní a přesné konstrukce.
    • Tepelné účinky: Zbytkové napětí a drobné deformace mohou ovlivnit konečné rozměry.
  • Kritické tolerance: U prvků vyžadujících přísnější tolerance (např. styčné plochy, těsnicí drážky, uložení ložisek) je téměř vždy nutné následné CNC obrábění. AM se používá k vytvoření téměř čistého tvaru a obrábění zajišťuje konečnou přesnost.

Povrchová úprava (drsnost):

  • Drsnost (Ra) podle konstrukce: Povrchová úprava dílů AM je ze své podstaty drsnější než u obráběných povrchů, což je dáno tím, že na povrchu ulpívají částečně roztavené částice prášku, a tím, že povrch je tvořen po vrstvách.
    • Vrchní plochy: Obecně nejhladší, často Ra 5-10 µm.
    • Svislé stěny: Střední drsnost, obvykle Ra 8-15 µm.
    • Úhlové plochy směřující nahoru: Zobrazit charakteristické artefakty “schodovitého pohybu”, kde jsou viditelné okraje vrstev. Drsnost závisí na úhlu.
    • Plochy s podložkou/podporovanými plochami: Obvykle se jedná o nejdrsnější povrchy (Ra 15-25 µm nebo více), protože se tvoří na vrcholu podpůrných struktur nebo volně slinutého prášku. Podpěrné body zanechávají svědecké stopy, které je třeba odstranit.
  • Interní kanály: Drsnost vnitřních kanálů je důležitá zejména u chladicích desek. Je ovlivněna průměrem kanálů, jejich orientací a tím, zda byly použity podpěry. Drsnější vnitřní povrchy mohou:
    • Zvýšení tlakové ztráty: Vyšší ztráty třením při průtoku chladicí kapaliny.
    • Potenciální zvýšení přenosu tepla: Zvýšená turbulence v blízkosti stěny může někdy mírně zlepšit přenos tepla, ale tento účinek je složitý a často druhotný vzhledem k negativnímu dopadu na tlakovou ztrátu.
    • Vliv na čistotu: Drsné povrchy se hůře důkladně čistí a mohou se na nich zachytávat nečistoty nebo prášek.
  • Zlepšení povrchové úpravy: Povrchová úprava v základním stavu je často dostačující pro nekritické povrchy, ale funkční požadavky (těsnění, nízké tření, únavová životnost) obvykle vyžadují následné zpracování, jako je abrazivní tryskání, bubnové leštění, leštění nebo obrábění (podrobně popsané v následující části). Met3dp se zaměřuje na optimalizaci parametrů tisku, aby bylo dosaženo co nejlepšího výsledku kvalita povrchu podle stavu v rámci procesních limitů.

Rozměrová přesnost:

  • Dosažení přesnosti: Kromě tolerancí konkrétních prvků závisí celková rozměrová přesnost na řízení tepelných vlivů během sestavování.
    • Kompenzace smrštění: Software pro AM obvykle aplikuje na model CAD škálovací faktory, aby kompenzoval smršťování materiálu během chlazení, ale dokonalá předpověď je obtížná.
    • Kontrola deformace: Jak je uvedeno v DfAM, kontrola zbytkového napětí pomocí orientace, podpěr a procesních parametrů je zásadní pro zachování geometrické věrnosti.
    • Kalibrace: Pravidelná kalibrace stroje zajišťuje přesné umístění laserového nebo elektronového paprsku a dodávku správné energie.
  • Přístup společnosti Met3dp&#8217: Pro maximalizaci rozměrové přesnosti tištěných dílů používáme důsledné sledování a kontrolu procesů v kombinaci s pečlivou údržbou a kalibrací strojů. Naše zkušenosti nám umožňují předvídat a zmírňovat potenciální odchylky pro různé geometrie a materiály.

Kontrola a metrologie:

  • Ověřování složitých dílů: Vzhledem ke složitým vnitřním geometriím, které jsou u AM možné, nemusí tradiční měřicí techniky stačit.
    • Souřadnicové měřicí stroje (CMM): Slouží k přesnému měření vnějších prvků a přístupných vnitřních bodů.
    • Optické skenování (3D skenování): Zachycuje celkovou geometrii dílu pro porovnání s původním modelem CAD, což je užitečné pro ověřování složitých tvarů a identifikaci deformací.
    • Počítačová tomografie (CT): Je stále důležitější pro nedestruktivní kontrolu integrity vnitřních kanálů, ověřování tloušťky stěn, detekci vnitřních defektů (jako je pórovitost nebo zachycený prášek) a měření vnitřních prvků, které jsou jinak nepřístupné. To je zvláště důležité pro ověřování kontrola kvality 3D tisku kovů v chladicích deskách.

Ačkoli technologie AM pro kovy poskytuje neuvěřitelnou volnost při navrhování, konstruktéři musí navrhovat s realistickými očekáváními ohledně tolerancí a povrchových úprav a plánovat nezbytné kroky následného zpracování v případech, kdy je vyžadována vysoká přesnost nebo hladké povrchy. Spolupráce se zkušeným poskytovatelem, jako je Met3dp, zajistí, že možnosti procesu budou dobře pochopeny a vhodně použity.

345

Požadavky na následné zpracování: Od tiskárny k výkonu

Běžnou mylnou představou o 3D tisku z kovu je, že díly vycházejí ze stroje připravené k okamžitému použití. Ve skutečnosti, zejména u náročných funkčních komponent, jako jsou chladicí desky pro elektromobily, je proces tisku často jen prvním významným krokem. Řada následné zpracování kovu AM je obvykle nutné provést kroky k přeměně sestaveného dílu na hotovou součást, která splňuje výkonnostní, bezpečnostní a spolehlivostní specifikace. Tyto kroky zvyšují celkové náklady a dobu realizace, ale jsou nezbytné pro dosažení požadovaných vlastností materiálu, rozměrové přesnosti, povrchové úpravy a čistoty. Pochopení této problematiky pracovní postup 3D tisku kovů má zásadní význam pro přesné plánování a vyčíslení nákladů projektu.

Typický pracovní postup následného zpracování kovových chladicích desek AM EV:

  1. Úleva od stresu / tepelné ošetření:
    • Účel: To je pravděpodobně nejkritičtější krok následného zpracování dílů PBF. Rychlé cykly zahřívání/chlazení během tisku vyvolávají značná zbytková napětí. Tepelné zpracování je nezbytné pro:
      • Zmírnění vnitřního napětí: Snižuje riziko deformace nebo prasklin po vyjmutí z konstrukční desky nebo při následném obrábění/používání.
      • Homogenizace mikrostruktury: Zlepšuje konzistenci celého dílu.
      • Dosažení cílových vlastností materiálu: Vytváří požadovanou mikrostrukturu a mechanické vlastnosti (pevnost, tažnost, tvrdost) prostřednictvím procesů, jako je precipitační kalení (stárnutí). Například AlSi10Mg se často podrobuje tepelnému zpracování T6 (rozpuštění + umělé stárnutí), aby se maximalizovala pevnost. CuCrZr vyžaduje specifické cykly rozpuštění a stárnutí, aby se optimalizovala jeho vodivost a pevnost.
    • Postup: Provádí se v peci s řízenou atmosférou podle protokolů specifických pro daný materiál (teplota, čas, rychlost chlazení). Díly jsou často tepelně zpracovávány ještě na konstrukční desce, aby se minimalizovaly deformace.
    • Met3dp Pokyny: Met3dp poskytuje doporučené tepelné zpracování AlSi10Mg a další materiálové protokoly založené na rozsáhlých testech a zkušenostech, které zajišťují dosažení optimálních vlastností.
  2. Vyjmutí dílu ze stavební desky:
    • Metoda: Po ochlazení po tepelném zpracování (pokud se provádí na desce) je třeba díl(y) oddělit od konstrukční desky. To se obvykle provádí pomocí:
      • Drátové elektroerozivní obrábění (EDM): Přesné, vytváří čistý řez, minimální mechanické namáhání. Často se upřednostňuje pro jemné nebo složité díly.
      • Pásová pila: Je rychlejší a potenciálně levnější, ale méně přesný a vyvolává větší mechanické namáhání. Vyžaduje opatrné zacházení.
  3. Odstranění podpůrné konstrukce:
    • Metoda: Podpěry je třeba odstraňovat opatrně, aby nedošlo k poškození povrchu dílu.
      • Ruční odstranění: Lámání nebo odřezávání přístupných podpěr pomocí ručního nářadí (kleště, štípačky, brusky). Náročné na pracovní sílu a dovednosti.
      • Obrábění (frézování/broušení): Používá se pro robustnější podpěry nebo tam, kde je požadována hladší povrchová úprava v kontaktních bodech.
      • EDM: Lze je použít pro choulostivé nebo těžko přístupné podpěry.
    • Výzvy: Odstranění vnitřních podpěr ze složitých kanálů bez poškození stěn kanálu může být velmi obtížné nebo nemožné, pokud nejsou navrženy pro přístup (viz DfAM). To je hlavní důvod, proč nepoužívat rozsáhlé vnitřní podpěry.
  4. Odstranění prášku (zbavení prachu):
    • Účel: Zajištění odstranění veškerého netaveného kovového prášku z dílu, zejména z vnitřních kanálků a složitých prvků. Zachycený prášek může bránit průtoku chladicí kapaliny, zvyšovat hmotnost, později se uvolňovat a způsobovat kontaminaci a bránit účinnému tepelnému zpracování nebo povrchové úpravě.
    • Metody:
      • Stlačený vzduch / ruční foukání: Pro sypký prášek na vnější povrchy a přístupné kanály.
      • Vibrace / Tumbling: Pomáhá vytřepávat prášek z vnitřních dutin.
      • Tryskání kuličkami: Může pomoci uvolnit prášek a zároveň zahájit proces povrchové úpravy.
      • Ultrazvukové čištění: K uvolnění zachyceného prášku se používá kavitace v kapalné lázni.
      • Chemické proplachování/leptání: V některých případech mohou specifické chemické roztoky pomoci rozpustit nebo vyplavit prášek, ale rozhodující je kompatibilita materiálu.
    • Ověření: CT vyšetření je často nejlepším způsobem, jak potvrdit úplné odstranění prášku ze složitých vnitřních sítí.
  5. Povrchová úprava:
    • Účel: Zlepšení drsnosti povrchu při stavbě, odstranění stop po podpěrách, dosažení specifických estetických požadavků nebo příprava povrchů pro utěsnění nebo následné operace.
    • Metody:
      • Tryskání abrazivem (kuličkami, pískem, zrnem): Čistí povrch, odstraňuje oxidy, vytváří jednotný matný povrch. Různá média poskytují různé textury.
      • Hromadné dokončování (vibrační dokončování): Díly se tromlují abrazivními médii, aby se odstranily otřepy na hranách a dosáhlo se hladšího a rovnoměrnějšího povrchu, především na vnějších plochách.
      • Ruční broušení/leštění: Kvalifikovaná práce s použitím různých nástrojů k dosažení hladkého, zrcadlového povrchu na určitých místech (např. těsnicí plochy).
      • Automatizované leštění: Robotické nebo specializované zařízení pro důslednější leštění.
      • Elektrolytické leštění: Elektrochemický proces, který odstraňuje tenkou vrstvu materiálu, vyhlazuje povrchy, včetně složitých geometrií a potenciálně i vnitřních kanálků, pokud lze řídit tok elektrolytu. Vynikající čistota a odolnost proti korozi.
      • Obrábění abrazivním tokem (AFM) / Extrude Hone: Specializovaný proces, při kterém je polymer s abrazivem protlačován vnitřními kanály pod tlakem. Účinný pro leštění vnitřních kanálů a zlepšení jejich povrchové úpravy, což snižuje tlakové ztráty.
  6. CNC obrábění:
    • Účel: Dosažení přísných tolerancí, specifických požadavků na rovinnost, rovnoběžnost nebo povrchovou úpravu u kritických prvků, které nelze splnit procesem AM jako na stavbě.
    • Aplikace: Obrábění styčných přírub, vytváření drážek pro O-kroužky nebo těsnicí plochy, vrtání a řezání přesných připojovacích otvorů, zajištění rovinnosti montážních ploch.
    • Tvar blízký síti: AM se používá k vytvoření komplexní celkové geometrie (tvaru blízkého síti), čímž se minimalizuje materiál, který je třeba odstranit obráběním, a tím se šetří čas a snižuje množství odpadu ve srovnání s obráběním z pevného bloku. Vyžaduje pečlivé plánování přídavků na obrábění ve fázi DfAM.
  7. Čištění a kontrola:
    • Čištění: Závěrečné kroky čištění k odstranění zbytků chladicích kapalin z obrábění, lešticích směsí nebo manipulace.
    • Kontrola: Konečné ověření rozměrů (CMM, skenování), vnitřní integrity (CT skenování), povrchové úpravy a testování těsnosti (tlaková zkouška chladicích kanálů), aby se zajistilo, že chladicí deska splňuje všechny specifikace před odesláním nebo montáží.
  8. Volitelná povrchová úprava/pokovení:
    • Účel: Zvýšení odolnosti proti korozi (např. eloxování hliníkových dílů vystavených určitým chladicím kapalinám nebo prostředím), zvýšení odolnosti proti opotřebení nebo zajištění specifických vlastností povrchu. Méně časté pro primární chladicí funkci uvnitř kanálů, ale mohou být použity externě.

Typické schéma následného zpracování (příklad):

Úryvek kódu

graf TD
    A[Dokončení tisku] --> B(Odlehčení od napětí / tepelné zpracování);
    B --> C(Vyjmutí dílu z konstrukční desky);
    C --> D(Odstranění podpůrné konstrukce);
    D --> E(Odstranění sypkého prášku);
    E --> F{Požadovaná povrchová úprava?};
    F -- Ano --> G[Otryskávání / otryskávání];
    F -- Ne --> H[Odstraňování jemného prášku / čištění];
    G --> H;
    H --> I{Požadované těsné tolerance?};
    I -- Ano --> J(CNC obrábění);
    I -- Ne --> K[Konečné čištění];
    J --> K;
    K --> L(závěrečná kontrola - rozměrová, CT, zkouška těsnosti);
    L --> M[Hotový díl];

    subgraf Volitelné kroky
        P1(Leštění / AFM pro vnitřní kanály)
        P2(Povlakování / pokovování)
    konec

    H --> P1;
    P1 --> I;
    K --> P2;
    P2 --> L;

Dopad na náklady a dobu realizace: Je důležité, aby si nákupní týmy a projektoví manažeři uvědomili, že následné zpracování často tvoří významnou část (někdy až 50 %) nákladů na finální díl a doby realizace. Každý krok přidává čas a vyžaduje specifické vybavení a odborné znalosti.

Komplexní přístup Met3dp&#8217: Přestože hlavní odbornost společnosti Met3dp spočívá v pokročilých tiskových systémech a vysoce kvalitních prášcích, chápeme zásadní roli následného zpracování. Poskytujeme podrobné pokyny k osvědčeným postupům pro námi nabízené materiály a můžeme klienty spojit s kvalifikovanými partnery pro specializované služby následného zpracování, jako je tepelné zpracování, přesné obrábění, AFM nebo CT skenování, čímž zajistíme hladký průběh práce od návrhu až po hotový funkční materiál Chladicí deska EV.

Obvyklé problémy při AM kovů pro chladicí desky a jak se jim vyhnout

Aditivní výroba kovů je sofistikovaný proces a jako každá pokročilá výrobní technika představuje potenciální výzvy. Výroba vysoce kvalitních a spolehlivých chladicích desek EV vyžaduje pečlivou kontrolu designu, materiálů, tisku a následného zpracování. Povědomí o běžných úskalích umožňuje inženýrům, operátorům a poskytovatelé služeb kovového 3D tisku implementovat proaktivní strategie zmírňování dopadů a zajistit tak úspěšné výsledky.

Zde je několik běžných problémů a návod, jak se jim vyhnout:

1. Selhání tisku:

  • Výzva:Deformace / odpojení stavební desky: Výrazná deformace dílu během tisku, která může způsobit jeho zvednutí z konstrukční desky nebo kolizi s mechanismem navíječe prášku.
    • Příčina: Akumulace zbytkového tepelného napětí přesahujícího pevnost podpěr nebo samotného dílu.
    • Strategie vyhýbání se:
      • DfAM: Optimalizujte orientaci dílu (minimalizujte plochu průřezu rovnoběžnou s deskou, snižte výšku), přidejte obětované ztužující prvky, použijte velké poloměry rohů.
      • Strategie podpory: Používejte silné, dobře navržené podpěry, případně tepelně konstruované podpěry.
      • Parametry procesu: Použijte optimalizované parametry (strategie skenování, tloušťka vrstvy), použijte ohřev stavební desky, pokud je k dispozici (standardní u systémů Met3dp&#8217, k dispozici u některých LPBF).
      • Úleva od stresu: V případě potřeby provádějte u velmi rozsáhlých/komplexních sestav mezilehlé odlehčovací cykly (i když to značně prodlužuje čas/náklady). Před odstraněním podpěry proveďte konečné odlehčení od napětí.
  • Výzva:Krakování (tuhnutí/likvační krakování): Tvorba trhlin v dílu během tisku nebo chlazení.
    • Příčina: Vysoké tepelné namáhání, nevhodný chemický složení materiálu (vysoký obsah nečistot), nevhodné parametry procesu vedoucí k nepříznivé struktuře zrn. Některé slitiny jsou náchylnější než jiné.
    • Strategie vyhýbání se:
      • Kvalita materiálu: Používejte vysoce kvalitní prášek optimalizovaný pro AM s nízkým obsahem nečistot a řízeným chemickým složením, například prášek vyráběný pokročilými procesy atomizace společnosti Met3dp&#8217.
      • Řízení procesu: Použijte validované parametry procesu specifické pro daný materiál. Předehřívání prostředí stavby (vlastní SEBM, možné v LPBF) výrazně snižuje tepelné gradienty a riziko vzniku trhlin.
      • Design: Vyhněte se ostrým vnitřním rohům, které působí jako zvyšovače napětí.
      • Tepelné zpracování: Zásadní význam má správné uvolnění napětí a homogenizační tepelné zpracování.
  • Výzva:Kolize s chladičem / delaminace: Náraz nože/válce navíjecího stroje do deformovaného dílu nebo nesprávně natavené části, což může vést k poškození stroje a zastavení výroby. Delaminací se rozumí špatné spojení mezi vrstvami.
    • Příčina: Deformace (viz výše), nesprávné dávkování prášku, které vede k nerovnoměrným vrstvám, nedostatečný příkon energie způsobující špatné spojování vrstev.
    • Strategie vyhýbání se: Zmírněte deformace, zajistěte správný tok prášku a parametry přelakování, používejte ověřené parametry taveniny, udržujte čisté prostředí pro stavbu bez kontaminace. Tiskárny Met3dp’obsahují monitorovací systémy, které pomáhají včas odhalit potenciální problémy.

2. Problémy s kvalitou dílů:

  • Výzva:Pórovitost (plyn / klíčová dírka / nedostatek fúze): Drobné dutiny v tištěném materiálu.
    • Příčina: Zachycený plyn uvnitř prášku nebo stínícího plynu (plynová pórovitost), nadměrná hustota energie odpařující materiál (pórovitost klíčových děr) nebo nedostatečná hustota energie vedoucí k neúplnému tavení/tavení mezi částicemi prášku nebo vrstvami (nedostatek tavení).
    • Dopad: Snižuje hustotu, zhoršuje mechanické vlastnosti (zejména únavovou pevnost), působí jako místo iniciace trhlin, může potenciálně vytvářet netěsnosti v chladicích kanálech.
    • Strategie vyhýbání se:
      • Kvalita prášku: Používejte vysoce kvalitní suchý prášek s nízkým obsahem rozpuštěných plynů (prášky Met3dp se vyrábějí za kontrolovaných podmínek, aby se tento obsah minimalizoval). Prášek skladujte správně.
      • Parametry procesu: Optimalizujte výkon laseru/paprsku, rychlost skenování, vzdálenost mezi šrafami a tloušťku vrstvy, abyste dosáhli stabilní taveniny. Vyhněte se parametrům, o nichž je známo, že způsobují vady typu "keyhole" nebo "lack-of-fusion".
      • Stínicí plyn: Zajistěte stabilní průtok inertního stínicího plynu vysoké čistoty (argonu nebo dusíku pro LPBF) nebo vysokého vakua (SEBM).
      • Následné zpracování: Izostatické lisování za tepla (HIP) může uzavřít vnitřní póry (kromě povrchově propojených), ale zvyšuje náklady a dobu přípravy. Obvykle se mu vyhýbá, pokud to není nezbytně nutné pro kritické aplikace. Met3dp se zaměřuje na dosažení >99,5% hustoty pomocí optimalizovaného tisku, čímž minimalizuje potřebu HIP.
  • Výzva:Špatná povrchová úprava: Nadměrná drsnost, zejména na plochách směřujících dolů nebo v místech, kde byly připevněny podpěry.
    • Příčina: Povaha procesu PBF, schodišťový efekt, interakce podpory.
    • Strategie vyhýbání se: Optimalizujte orientaci dílu, použijte vhodné nastavení podpěr (např. menší kontaktní body, pokud je to možné), navrhněte samonosné úhly, naplánujte nezbytné kroky následného zpracování povrchu (tryskání, bubnování, leštění, AFM).
  • Výzva:Nepřesné rozměry / geometrické odchylky: Rozměry dílů, které jsou mimo stanovené tolerance.
    • Příčina: Tepelné smrštění, deformace, variabilita procesu, odchylka kalibrace stroje.
    • Strategie vyhýbání se: Použijte vhodné faktory kompenzace smrštění, použijte DfAM k minimalizaci deformací, zajistěte pravidelnou kalibraci a údržbu stroje, použijte simulační nástroje k předvídání odchylek, navrhněte přídavky na obrábění kritických prvků.

3. Potíže s následným zpracováním:

  • Výzva:Problémy s odstraněním podpory: Obtížné úplné odstranění podpěr, zejména ze složitých vnitřních kanálů, což může vést k poškození dílu.
    • Příčina: Nepřístupné podpěrné konstrukce, příliš robustní podpěry, nevhodný způsob odstranění.
    • Strategie vyhýbání se:
      • DfAM: Navrhujte minimální podpěry, upřednostňujte samonosné prvky, zajistěte přístupnost všech potřebných podpěr, používejte optimalizované typy podpěr (např. kuželové, stromové, kvádrové podpěry, které se snadněji odlamují).
      • Plánování procesů: Zvolte správnou metodu odstranění (ruční, obrábění, elektroerozivní obrábění) na základě umístění podpěry, materiálu a jemnosti dílu. Zvažte rozpustné nebo chemicky leptatelné podpůrné materiály, pokud jsou k dispozici/kompatibilní, ačkoli jsou v kovovém AM méně běžné.
  • Výzva:Zachycený prášek: Nemožnost odstranit veškerý nerozpuštěný prášek ze složitých vnitřních chodeb.
    • Příčina: Úzké nebo spletité kanály, nedostatek vhodných odtokových/přístupových otvorů, neúčinné metody čištění.
    • Dopad: Brání průtoku, zvyšuje hmotnost, možnost kontaminace.
    • Strategie vyhýbání se: DfAM je rozhodující - navrhněte dostatečně velké únikové otvory (>1-2 mm), vyhněte se slepým dutinám, vyhlaďte vnitřní přechody. Používejte účinné techniky odstraňování prachu (vibrace, stlačený vzduch, případně ultrazvukové nebo chemické metody). Ověřte odstranění pomocí kontrolních metod, jako je CT skenování nebo kontrola boreskopem.

4. Variabilita vlastností materiálu:

  • Výzva: Nekonzistentní mechanické (pevnost, tažnost) nebo tepelné vlastnosti v rámci dílu nebo mezi jednotlivými konstrukcemi.
    • Příčina: Kolísání kvality prášku (šarže od šarže), kolísání parametrů procesu (výkon laseru/ paprsku, atmosféra), nestejné cykly tepelného zpracování.
    • Strategie vyhýbání se:
      • Kvalifikovaní dodavatelé: Zdroj prášku od renomovaných dodavatelů, jako jsou Met3dp kteří poskytují konzistentní, vysoce kvalitní, šaržově sledovatelný materiál s certifikáty analýzy.
      • Řízení procesu: Používejte stroje s robustním monitorováním a řízením procesu. Přísně dodržujte validované procesní parametry.
      • Kontrola tepelného zpracování: Zajistěte, aby se tepelné zpracování provádělo v kalibrovaných pecích s použitím přesných a opakovatelných cyklů.
      • Testování kvality: Provádění důkladných mechanických zkoušek (tahové zkoušky na zkušebních kuponech vytištěných vedle dílů) a analýzy materiálu pro ověření vlastností.

Souhrnná tabulka pro zmírnění rizik:

VýzvaPrimární příčina (příčiny)Klíčové strategie pro zmírnění dopadů
Deformace / odpojeníZbytkové napětíDfAM (Orientace, Funkce), Podpory, Řízení procesu (Ohřev), Odlehčení od stresu
CrackingNapětí, materiál, parametryKvalitní prášek (Met3dp), optimalizované parametry, předehřev, DfAM (rohy), tepelné zpracování
PórovitostPlyn, parametry (hustota energie)Kvalita prášku, optimalizované parametry, řízení plynu/vakua (HIP, pokud je to důležité)
Špatná povrchová úpravaProces Příroda, PodporujeDfAM (orientace, samonosnost), nastavení podpěr, následné zpracování (tryskání, leštění, AFM)
Rozměrová nepřesnostSmršťování, deformace, kalibraceKompenzační faktory, DfAM, kalibrace, simulace, přídavky na obrábění
Obtížné odstranění podporyDesign (přístupnost), Typ podporyDfAM (minimalizace, přístup), optimalizované podpory, vhodná metoda odstranění
Zachycený prášekKonstrukce (kanály, otvory), způsob čištěníDfAM (vypouštěcí otvory 1-2 mm, vyhnout se slepým uličkám), efektivní vyprazdňování, CT ověření
Variabilita vlastnostíNekonzistence prášku, odchylky v procesu/tepelné úpravěKvalifikovaný dodavatel prášků (Met3dp), řízení procesu & monitoring, řízené tepelné zpracování, testování kvality (kupóny)

Export do archů

Hodnota odbornosti: Úspěšné zvládnutí těchto výzev vyžaduje hluboké odborné znalosti v oblasti materiálových věd, fyziky procesů, DfAM a kontroly kvality. Spolupráce se zkušeným poskytovatel aditivní výroby kovů jako je Met3dp, výrazně snižuje riziko přijetí technologie AM. Náš tým úzce spolupracuje s klienty na optimalizaci návrhů, výběru vhodných materiálů z našeho portfolia vysoce kvalitních prášků, implementaci robustních tiskových procesů na našich špičkových zařízeních a zajištění efektivního následného zpracování a zajištění kvality, což v konečném důsledku přináší spolehlivé a vysoce výkonné chladicí desky EV.

346

Jak si vybrat správného poskytovatele služeb 3D tisku kovů: Partnerstvím k úspěchu

Výběr výrobního partnera je zásadní rozhodnutí, zejména pokud se jedná o pokročilé technologie, jako je aditivní výroba kovů, a důležité komponenty, jako jsou chladicí desky pro elektromobily. Správný dodavatel AM kovů je víc než pouhý dodavatel, je to spolupracovník, který může významně ovlivnit kvalitu, výkon, náklady a dobu uvedení vašeho produktu na trh. Výběr pouze na základě nejnižší nabídnuté ceny může často vést k nepředvídaným problémům, zpožděním a potenciálně nekvalitním komponentům. K identifikaci dodavatele s technickou zdatností, kvalitním nasazením a podpůrnými schopnostmi, které jsou nezbytné pro úspěch, je nutný důkladný hodnotící proces.

Klíčová hodnotící kritéria pro výběr partnera v oblasti metalické AM:

  1. Technické znalosti a prokazatelné zkušenosti:
    • Zaměření aplikace: Mají prokazatelné zkušenosti s výrobou dílů podobných tomu vašemu (např. výměníky tepla, rozdělovače kapalin, automobilové komponenty)? Pracovali intenzivně s požadovanými materiály (AlSi10Mg, CuCrZr)? Požádejte o případové studie, vzorové díly nebo reference týkající se Řešení tepelného managementu pro elektromobily.
    • Znalost procesů: Hluboké znalosti zvoleného procesu AM (LPBF, SEBM), včetně optimalizace parametrů pro konkrétní materiály a geometrie.
    • Řešení problémů: Dokáží vyřešit případné problémy během návrhu, tisku nebo následného zpracování?
    • Výhoda Met3dp: Met3dp přináší desítky let společných zkušeností právě v oblasti aditivní výroby kovů a pracuje v náročných odvětvích, jako je automobilový, letecký a lékařský průmysl. Naši aplikační inženýři mají hluboké znalosti o výzvách v oblasti tepelného řízení.
  2. Vybavení a technologie:
    • Možnosti stroje: Pracují s moderními průmyslovými systémy AM? Vezměte v úvahu objem sestavení (dokáže pojmout velikost vašeho dílu nebo požadované množství dávky?), typ paprsku (laser vs. elektronový paprsek, důležité pro materiály, jako je měď), možnosti monitorování (monitorování bazénu taveniny, kontrola atmosféry) a celkovou spolehlivost.
    • Údržba & Kalibrace: Jsou jejich stroje pravidelně udržovány a kalibrovány, aby byl zajištěn stálý výkon a přesnost?
    • Výhoda Met3dp: Společnost Met3dp navrhuje a vyrábí vlastní špičkový objem, přesnost a spolehlivost tisku tiskárny (varianty SEBM i LPBF), které zajišťují nejmodernější možnosti a pečlivé protokoly údržby.
  3. Materiálové možnosti a kontrola kvality prášku:
    • Portfolio slitin: Nabízejí konkrétní slitiny, které potřebujete (AlSi10Mg, CuCrZr atd.)? Mohou v případě potřeby zajistit nebo vyvinout slitiny na zakázku?
    • Zdroj prášku & Kvalita: To je zásadní. Kde získávají kovové prášky? Provádějí přísné vstupní kontroly kvality? Nebo v ideálním případě vyrábějí vlastní prášek s přísnou kontrolou kvality? Ptejte se na sféricitu, distribuci velikosti částic (PSD), tekutost a čistotu (obsah kyslíku). Vyžádejte si certifikace materiálu.
    • Výhoda Met3dp: Společnost Met3dp má jedinečnou kontrolu nad celým hodnotovým řetězcem materiálu, protože vyrábí vlastní materiály vysoce kvalitní kovové prášky pomocí pokročilých technologií rozprašování plynu a PREP. To zajišťuje optimalizované vlastnosti prášku (vysoká sféricita, kontrolovaná PSD, nízký obsah nečistot), které jsou klíčové pro tisk hustých a vysoce výkonných dílů. Poskytujeme úplnou sledovatelnost materiálu a certifikaci.
  4. Systém řízení kvality (QMS) a certifikace:
    • Formální QMS: Pracují podle uznávaného systému řízení jakosti, jako je ISO 9001? Zatímco certifikace IATF 16949 specifická pro automobilový průmysl se u poskytovatelů AM stále objevuje, související certifikace (jako AS9100 pro letecký průmysl) naznačují silnou kulturu kvality.
    • Řízení procesu: Jaké postupy jsou zavedeny pro sledování procesů sestavování, dokumentování parametrů a zajištění opakovatelnosti?
    • Kontrolní schopnosti: Disponují potřebným metrologickým vybavením (souřadnicové měřicí stroje, skenery) a možnostmi nedestruktivního zkoušení (např. partnerství pro CT skenování) pro validaci dílů?
    • Výhoda Met3dp: Společnost Met3dp se zavázala k přísné kontrole kvality v celém procesu výroby prášku a tisku, dodržuje přísné interní normy a pracuje na získání příslušných průmyslových certifikátů.
  5. Podpora návrhu a odbornost DfAM:
    • Spolupráce: Jsou ochotni a schopni spolupracovat již v rané fázi návrhu? Mohou poskytnout konstruktivní zpětnou vazbu k vašemu návrhu z hlediska vyrobitelnosti, optimalizace výkonu a snížení nákladů s využitím zásad DfAM?
    • Technické zdroje: Mají zkušené aplikační inženýry, kteří rozumí principům návrhu i nuancím procesu AM?
    • Výhoda Met3dp: Met3dp nabízí komplexní služby vývoje aplikací, spolupracuje s klienty na optimalizaci návrhů speciálně pro aditivní výrobu a zajišťuje efektivní splnění funkčních požadavků.
  6. Možnosti následného zpracování a síť:
    • In-House vs. Outsourcing: Které základní kroky následného zpracování (odlehčení/tepelné zpracování, odstranění podpěr, obrábění, povrchová úprava, kontrola) mohou provádět ve vlastní režii? Mají v případě externě zajišťovaných kroků síť kvalifikovaných a důvěryhodných partnerů?
    • Správa pracovních postupů: Jak řídí celý pracovní postup, včetně logistiky a kontroly kvality outsourcovaných procesů?
    • Výhoda Met3dp: Poskytujeme odborné vedení ve všech nezbytných krocích následného zpracování a řídíme plynulý pracovní postup, přičemž využíváme jak vlastní kapacity, tak silná partnerství, abychom dodali hotové komponenty.
  7. Kapacita, škálovatelnost a dodací lhůty:
    • Současná kapacita: Kolik strojů obsluhují? Jaká je jejich typická vytíženost a doba čekání ve frontě?
    • Škálovatelnost: Zvládnou zvýšení objemu, pokud váš projekt přejde z prototypu do sériové výroby?
    • Uvedená vs. skutečná doba dodání: Jaké jsou jejich standardní dodací lhůty pro díly, jako je ten váš? Zeptejte se na jejich výsledky v oblasti včasných dodávek. Důležitá je transparentnost ohledně možných zpoždění.
  8. Struktura nákladů a cen:
    • Transparentnost: Je proces tvorby cenové nabídky jasný a podrobný? Jsou v něm rozepsány náklady na materiál, tisk, podpěry a různé možnosti následného zpracování? Dejte si pozor na cenové nabídky, které se zdají být příliš nízké - mohou vynechávat potřebné kroky nebo dělat kompromisy v kvalitě.
    • Konkurenceschopnost: Jsou ceny spravedlivé a konkurenceschopné vzhledem k úrovni kvality, služeb a odborných znalostí? Diskutujte o možnostech velkoobchodní aditivní výroba ceny pro větší nebo opakované objednávky.
  9. Zákaznický servis a komunikace:
    • Reakce: Jak rychle reagují na dotazy a žádosti o cenovou nabídku?
    • Komunikace: Poskytují proaktivně aktualizace během výrobního procesu? Je k dispozici specializovaná kontaktní osoba?
    • Spolupráce: Podporují spolupráci, spolupracují s vámi na řešení problémů a dosahují nejlepších výsledků?

Shrnutí kontrolního seznamu hodnocení dodavatele:

KritériaKlíčové otázkyProč Met3dp vyniká
Odbornost & ZkušenostiRelevantní aplikace/materiál? Případové studie? Schopnosti řešit problémy?Desítky let společných zkušeností v oblasti AM; zaměření na náročná průmyslová odvětví (automobilový průmysl).
Vybavení & TechnologieModerní průmyslové stroje? Budovat objem? Monitorování? Údržba?Navrhuje & vytváří vlastní špičkové tiskárny SEBM/LPBF; Vysoká spolehlivost.
Schopnost/kvalita materiáluNabídky potřebných slitin? Zdroj prášku & QC? Certifikace?Vlastní pokročilá výroba prášku (plynová atomizace/PREP); přísná kontrola kvality; plná sledovatelnost.
Systém kvality & CertifikátyISO 9001 / příslušné certifikáty? Řízení procesů? Kontrolní metody?Silný interní systém řízení jakosti; závazek ke kvalitě; pokročilé pokyny pro inspekce.
Podpora návrhu (DfAM)Nabídka zpětné vazby DfAM? Zkušení aplikační inženýři?Komplexní služby vývoje aplikací; optimalizace designu ve spolupráci.
Následné zpracováníVlastní schopnosti? Kvalifikovaná partnerská síť? Řízení pracovních postupů?Odborné vedení; řídí bezproblémový pracovní postup s důvěryhodnými partnery.
Kapacita & amp; ŠkálovatelnostZpracovává požadovaný objem (proto/serie)? Schopnost škálování?Škálovatelná řešení s efektivními velkoobjemovými tiskárnami.
Dodací lhůta a doručeníRealistické citáty? Včasné plnění? Transparentnost?Zaměřte se na efektivní pracovní postupy a jasnou komunikaci.
Náklady & amp; Cenová politikaTransparentní citace? Konkurenční hodnota? Velkoobchodní možnosti?Férové ceny odrážející vysokou kvalitu a komplexní služby; k dispozici jsou objemové úrovně.
Služba & KomunikaceReaguje? Proaktivní aktualizace? Přístup založený na spolupráci?Specializovaná zákaznická podpora; partnerský přístup.

Export do archů

Výběr správného partner pro aditivní výrobu je investicí do úspěchu vašeho projektu. Pečlivým vyhodnocením potenciálních dodavatelů podle těchto kritérií můžete najít partnera, jako je Met3dp, který disponuje technologií, odbornými znalostmi, závazkem ke kvalitě a duchem spolupráce potřebným k úspěšné výrobě vysoce výkonných 3D tištěných chladicích desek pro elektromobily.

Nákladové faktory a doba realizace: řízení očekávání v oblasti AM zpracování kovů

Pochopení struktury nákladů a typických dodacích lhůt spojených s aditivní výrobou kovů je zásadní pro plánování projektu, sestavování rozpočtu a řízení očekávání zúčastněných stran. Na rozdíl od tradičních výrobních metod, kde při nízkých objemech dominují náklady na nástroje a při vysokých objemech ceny kusů výrazně klesají, náklady na 3D tisk kovů se řídí jiným souborem faktorů, které souvisejí především se spotřebou materiálu, strojním časem a náročným následným zpracováním. Doba realizace je také ovlivněna více fázemi než jen fyzickým tiskem.

Klíčové faktory nákladů na 3D tištěné chladicí desky pro elektromobily:

  1. Typ materiálu a náklady:
    • Cena prášku: Základní náklady na kovové práškové suroviny se výrazně liší. Standardní slitiny jako AlSi10Mg jsou relativně cenově výhodné, zatímco vysoce výkonné slitiny mědi jako CuCrZr jsou podstatně dražší kvůli nákladům na suroviny a specializovaným procesům atomizace. Exotické slitiny nebo slitiny na zakázku mají vyšší ceny.
    • Recyklace/odpad: Procesy PBF sice umožňují recyklaci netaveného prášku, ale stále dochází ke ztrátám a degradaci v průběhu času, což se promítá do efektivních nákladů na materiál.
  2. Spotřeba materiálu (objem dílu + podpěry):
    • Část Objem: Skutečný geometrický objem finálního dílu přímo ovlivňuje množství nataveného prášku. Větší díly stojí více. Techniky DfAM, jako je optimalizace topologie, mohou výrazně snížit objem, a tím i náklady.
    • Podpůrné struktury: Podpěry potřebné pro přesahy a vnitřní prvky se tisknou ze stejně drahého materiálu jako samotný díl. Konstrukce vyžadující rozsáhlé podpěry budou mít výrazně vyšší spotřebu materiálu a náklady. Minimalizace podpěr pomocí DfAM je klíčová.
  3. Doba tisku (využití stroje):
    • Výška stavby: To je často hlavním důvodem, proč se tiskne. Každá vrstva přidává čas, takže vyšší díly trvají déle bez ohledu na jejich objem na vrstvu. Tisknout díly plošněji (pokud je to možné, aniž by se zhoršila jejich funkčnost nebo aniž by vyžadovaly nadměrné podpěry) může někdy zkrátit dobu tisku.
    • Oblast/objem skenování: Čas ovlivňuje také velikost plochy, kterou musí laserový nebo elektronový paprsek skenovat na jednu vrstvu. Hustě zabalené konstrukční desky s více díly mohou optimalizovat strojní čas na jeden díl.
    • Hodinová sazba stroje: Poskytovatelé služeb započítávají odpisy, údržbu, spotřebu energie a provozní náklady svých drahých průmyslových systémů AM do hodinové sazby.
    • Účinnost Met3dp: Tiskárny Met3dp’s jejich nejlepší objem tisku v oboru, umožňují efektivní vnořování více dílů nebo výrobu velkých jednotlivých součástí a optimalizují tak využití stroje.
  4. Složitost designu & Strategie tisku:
    • Ačkoli AM vyniká složitostí, extrémně složité prvky mohou vyžadovat nižší rychlost skenování nebo specifické strategie pro zajištění přesnosti a kvality, což může mírně prodloužit dobu tisku. Primární dopad složitosti však obvykle spočívá v požadavcích na podporu a náročnosti následného zpracování, nikoli v samotném tisku.
  5. Požadavky na podpůrnou konstrukci & Odstranění:
    • Jak již bylo zmíněno, podpěry spotřebovávají materiál a prodlužují dobu tisku. Kriticky, odstranění podpory je často ruční a pracný proces, zejména v případě interních nebo těžko dostupných podpěr. Tato práce výrazně zvyšuje konečné náklady.
  6. Požadavky na následné zpracování:
    • To je často jedním z největších faktorů, které přispívají ke konečnému výsledku náklady na díl AM. Každý krok zvyšuje náklady:
      • Tepelné zpracování: Vyžaduje čas, energii a řízenou atmosféru v peci.
      • Obrábění: Kvalifikovaná pracovní síla a čas strávený na CNC strojích pro dosažení přísných tolerancí nebo specifických povrchových úprav.
      • Povrchová úprava: Práce a spotřební materiál pro tryskání, bubnování, leštění; specializované procesy, jako je AFM, jsou obzvláště nákladné.
      • Kontrola: Náklady na práci, čas strávený na zařízení (CMM, CT skenování) a případné destruktivní zkoušky.
  7. Práce:
    • Zahrnuje kvalifikované techniky pro seřizování strojů, monitorování sestavení, odstraňování prachu, odstraňování podpěr, dokončovací práce, kontrolu a zajištění kvality.
  8. Quality Assurance & Certifikace:
    • Náklady spojené se zkouškami materiálů, dokumentací procesů, svědeckými zkouškami kupónů, zprávami o závěrečné kontrole a udržováním certifikátů kvality.
  9. Objem objednávky:
    • Úspory z rozsahu v AM existují, ale liší se od tradiční výroby. Zřizovací náklady (příprava stavby) se amortizují na více dílů ve větších sériích. Využití stroje lze optimalizovat pomocí plně vnořených konstrukčních desek. U sérií lze zefektivnit následné zpracování. Cena za díl obecně klesá s objemem, což umožňuje diskusi o velkoobchodní chladicí deska ale neočekávejte tak dramatické poklesy jako u velkoobjemového odlévání nebo lisování po amortizaci nástrojů.

Faktory ovlivňující dobu realizace:

Doba přípravy v kovovém AM je souhrnná doba potřebná pro všechny kroky pracovního postupu:

  1. Kótování & přezkoumání návrhu (1-3 dny): Počáteční komunikace, kontrola souboru, kontrola/odpověď DfAM, tvorba cenové nabídky.
  2. Příprava souborů & plánování (1-2 dny): Generování podpůrných struktur, řezání modelu, vytvoření souboru sestavení, naplánování úlohy ve frontě stroje.
  3. Doba čekání na stroj (proměnná: dny až týdny): Čeká se, až bude k dispozici vhodný stroj. To může být v závislosti na vytížení poskytovatele služeb značně proměnná.
  4. Doba tisku (hodiny až dny): Skutečný čas, který díl stráví tiskem po jednotlivých vrstvách. Může se pohybovat od ~8-12 hodin u malých, jednoduchých dílů až po 50-100 a více hodin u velkých, složitých konstrukcí.
  5. Doba chlazení (několik hodin až přes noc): Umožňuje pomalé a bezpečné ochlazení stavební desky a dílů ve stroji nebo stavební komoře, často v inertní atmosféře.
  6. Následné zpracování (proměnná: dny až týdny): To často trvá nejdéle.
    • Léčba stresu/tepla: Cykly pece mohou trvat 8-24 hodin a navíc se musí počítat s dobou chlazení.
    • Odstranění dílu/podpěry, zbavení prachu, základní úprava: obvykle 1-2 dny.
    • Obrábění: Obrábění: závisí na složitosti a časovém rozvrhu obráběcí dílny (může se prodloužit o několik dní).
    • Pokročilé dokončovací práce/kontrola: V závislosti na dodacích lhůtách dodavatele může být v případě externího dodavatele přidáno několik dní.
  7. Závěrečná kontrola & Přeprava (1-3 dny): Finální kontroly kvality, balení a doba přepravy.

Typický rozsah dodací lhůty: U středně složité chladicí desky EV vyrobené z AlSi10Mg, která vyžaduje tepelné zpracování a dokončovací obrábění, počítejte s dodacími lhůtami v rozmezí od 1 až 4 týdny od potvrzení objednávky, silně závislé na dostupnosti stroje a složitosti následného zpracování. Vysoce složité díly, materiál CuCrZr (vyžadující specializovanější manipulaci/parametry) nebo rozsáhlé následné zpracování mohou tuto dobu dále prodloužit. Spěšné služby mohou být k dispozici za vyšší cenu.

Získání přesných cenových nabídek a dodacích lhůt: Chcete-li získat co nejpřesnější odhad nákladů a doby realizace, poskytněte potenciálním dodavatelům komplexní soubor údajů:

  • 3D model CAD (preferovaný formát STEP)
  • Jasná specifikace materiálu (např. AlSi10Mg, CuCrZr)
  • Podrobný výkres s uvedením kritických rozměrů, tolerancí (pomocí GD&T) a požadavků na povrchovou úpravu. Zřetelně označte plochy, které je třeba opracovat.
  • Požadovaný stav tepelného zpracování (např. stav T6 pro AlSi10Mg).
  • Požadované množství (pro prototyp nebo sériovou výrobu).
  • Jakékoli specifické požadavky na kontrolu nebo testování (např. specifikace tlakové zkoušky těsnosti, požadavek na ověření CT).

Pochopením těchto faktorů ovlivňujících náklady a dobu realizace a poskytnutím podrobných informací zkušeným poskytovatelům, jako je společnost Met3dp, můžete efektivně plánovat své projekty a využívat výhod technologie AM pro aplikace chlazení elektromobilů. Neváhejte a obraťte se na nás prostřednictvím Met3dp Kontakt a prodiskutovat s vámi vaše konkrétní požadavky.

347

Často kladené otázky (FAQ)

Zde jsou odpovědi na některé časté otázky inženýrů a manažerů nákupu týkající se použití kovového 3D tisku pro chladicí desky elektromobilů:

Otázka 1: Jaký je tepelný výkon 3D tištěných chladicích desek AlSi10Mg ve srovnání s tradičními pájenými hliníkovými deskami?

A: 3D tištěné chladicí desky AlSi10Mg může nabízejí výrazně lepší tepelný výkon ve srovnání s tradičními konstrukcemi (jako jsou jednoduché hadovité kanály v pájených deskách). Klíčová výhoda spočívá ve schopnosti AM&#8217 vytvářet vysoce komplexní vnitřní geometrie (mřížky, gyroidy, konformní kanály), které maximalizují plochu pro přenos tepla a optimalizují cesty proudění chladicí kapaliny. V závislosti na úrovni optimalizace konstrukce dosažené pomocí DfAM a ověřené pomocí simulace CFD může potenciálně dojít ke zlepšení výkonu (např. snížení tepelného odporu, vyšší kapacita odvodu tepla při daném průtoku a velikosti), a to v některých případech od 20 % do více než 50 %. Dosažení těchto přínosů však vyžaduje specifické odborné znalosti v oblasti DfAM pro tepelný management. Jednoduchý převod tradičního návrhu do AM pravděpodobně přinese jen malý přínos.

Otázka 2: Je 3D tisk CuCrZr dostatečně odolný pro prostředí a provozní podmínky chladicí kapaliny v automobilovém průmyslu?

A: Ano, CuCrZr (měď, chrom, zirkon) je obecně považován za odolný a vhodný pro typické prostředí automobilových chladicích kapalin (např. směsi vody a etylenglykolu). Vykazuje dobrou odolnost proti korozi, v mnoha případech lepší než čistá měď. Kromě toho jeho vynikající pevnost, zejména při zvýšených teplotách ve srovnání s hliníkovými slitinami, zajišťuje mechanickou integritu v náročných provozních podmínkách, které se vyskytují ve vysoce výkonných pohonných jednotkách elektromobilů. Stejně jako při výběru jakéhokoli materiálu je třeba vzít v úvahu specifický chemický složení chladicí kapaliny a extrémní provozní teploty, ale CuCrZr je robustní volbou pro aplikace chlazení s vysokým tepelným tokem vyžadující dlouhou životnost.

Otázka 3: Lze kovový 3D tisk použít pro sériovou výrobu chladicích desek pro elektromobily, nebo je určen především pro prototypy?

A: Kovový 3D tisk je stále životaschopnější a aktivně se používá pro sériovou výrobu komponent, včetně chladicích desek pro elektromobily, nejen pro prototypy. Ačkoli je tradičně vnímán jako technologie pro výrobu prototypů, pokrok v rychlosti, spolehlivosti, velikosti a automatizaci procesů výrazně zvýšil jeho konkurenceschopnost. AM je obzvláště vhodná pro sériovou výrobu ve scénářích, které zahrnují: * Vysoká složitost návrhu: Pokud výkonnostní výhody komplexních konstrukcí AM převažují nad potenciálními rozdíly v nákladech na jeden díl. * Mírné objemy: Tam, kde výrobní množství neospravedlňuje vysoké investice do tradičních nástrojů (např. složité licí formy nebo lisovací formy). * Přizpůsobení: Pokud je třeba chladicí desky upravit pro různé varianty vozidel nebo konfigurace baterií. * Konsolidace částí: Tisk jednoho složitého dílu nahrazuje vícesložkovou sestavu, čímž se zjednodušuje dodavatelský řetězec. Spolehlivé velkoobjemové tiskárny Met3dp’jsou určeny pro prototypy i sériovou výrobu. Na základě konkrétních objemových požadavků a složitosti konstrukce se doporučuje důkladná analýza nákladů a přínosů porovnávající AM s optimalizovanými tradičními metodami.

Otázka 4: Jaké úrovně čistoty lze dosáhnout uvnitř složitých vnitřních kanálků 3D tištěné chladicí desky?

A: Dosažení vysoké úrovně vnitřní čistoty je možné, ale vyžaduje speciální a přísné kroky následného zpracování nad rámec prostého vysypávání a vyfukování prášku. Standardní metody zahrnují proplachování vysokotlakým vzduchem a kapalinou a čištění ultrazvukem. V případě přísných požadavků lze vnitřní kanály vyleštit a odstranit ulpělé částice pomocí pokročilých technik, jako je abrazivní průtokové obrábění (AFM). Klíčové je ověřování, které často zahrnuje inspekci pomocí borescope, mikroskopickou analýzu proplachovaných kapalin na počet částic nebo dokonce CT skenování, aby se zajistilo, že nezůstávají žádné zbytky prášku nebo kontaminantů, které by mohly ovlivnit průtok chladicí kapaliny nebo následné součásti. Včas definujte požadavky na čistotu a prodiskutujte vhodné metody čištění a ověřování se svým dodavatelem AM.

Otázka 5: Jaké informace musím poskytnout, abych získal přesnou nabídku na 3D tištěnou chladicí desku?

A: Chcete-li získat včasnou a přesnou nabídku, poskytněte potenciálnímu dodavateli AM co nejvíce podrobností, obvykle včetně: * 3D model CAD: Nejlépe v neutrálním formátu, jako je STEP. * Specifikace materiálu: Jasně uveďte požadovanou slitinu (např. AlSi10Mg, CuCrZr). * Technický výkres: Uveďte kritické rozměry, tolerance (pomocí GD&T) a požadované povrchové úpravy (hodnoty Ra) pro konkrétní prvky, zejména krycí/těsnicí plochy. * Tepelné zpracování: Uveďte požadovaný stav (např. stav podle projektu, stav bez napětí, stav T6). * Množství: Počet požadovaných dílů (u prototypů nebo sérií). * Testování & amp; Inspekce: Podrobně uveďte všechny povinné zkoušky (např. požadavky na tlakové zkoušky těsnosti - tlak, doba trvání, médium) nebo potřeby kontroly (např. ověření vnitřních kanálů pomocí CT). * Termín dodání: Případně. Čím jsou informace úplnější, tím rychleji a přesněji může dodavatel posoudit proveditelnost, náklady a dobu realizace.

Závěr: Urychlení inovací elektrických vozidel pomocí aditivní výroby

Neustálá snaha o vyšší výkon, delší dojezd, rychlejší nabíjení a vyšší bezpečnost elektromobilů vytváří obrovský tlak na systémy tepelného managementu. Tradiční výrobní metody pro kritické součásti, jako jsou chladicí desky, stále častěji narážejí na omezení při poskytování požadovaných komplexních, lehkých a vysoce účinných řešení. Aditivní výroba kovů se objevila jako mocný nástroj, který nabízí nebývalou svobodu designu a přináší revoluci v koncepci a výrobě chladicích desek pro elektromobily.

Jak jsme již prozkoumali, využití technologie AM umožňuje konstruktérům:

  • Navrhování velmi složitých vnitřních geometrií (mřížky, konformní kanálky), což je u běžných metod nemožné, a výrazně se tak zvyšuje účinnost přenosu tepla.
  • Dosažení výrazného odlehčení díky optimalizaci topologie a použití materiálů jako AlSi10Mg, což přispívá k lepšímu dojezdu a dynamice vozidla.
  • Konsolidace více komponent do jediného tištěného dílu, čímž se snižuje složitost montáže, potenciální netěsnosti a zjednodušuje dodavatelský řetězec.
  • Rychle prototypovat a iterovat na návrzích, což urychluje vývojové cykly.
  • Přizpůsobení řešení pro specifické architektury vozidel a tepelné problémy.

Využití těchto výhod však vyžaduje zvládnutí nuancí návrhu pro aditivní výrobu (DfAM), pečlivý výběr materiálu (například vyvážení potřeb výkonu AlSi10Mg vs. CuCrZr), pečlivé následné zpracování a důkladnou kontrolu kvality. Úspěch závisí nejen na pochopení technologie, ale také na spolupráci se správným výrobcem.

Met3dp je lídrem v oblasti aditivní výroby kovů, která má jedinečnou pozici pro podporu přechodu automobilového průmyslu na pokročilá řešení tepelného managementu. Nabízíme komplexní ekosystém:

  • Špičkové tiskové systémy SEBM a LPBF v oboru poskytuje přesnost, spolehlivost a možnost velkosériové výroby.
  • Vlastní výroba vysoce kvalitních, optimalizovaných kovových prášků, včetně AlSi10Mg, s využitím pokročilých technik atomizace pro dosažení vynikající konzistence a výkonu.
  • Hluboké technické znalosti a podpora při vývoji aplikací pomáhají optimalizovat návrhy a orientovat se ve složitostech AM.
  • Závazek ke kvalitě v průběhu celého procesu, od prášku až po hotový díl.

Ať už vyvíjíte prototypy pro elektromobily příští generace, nebo hledáte spolehlivého partnera pro sériovou výrobu pokročilých chladicích komponent, společnost Met3dp vám poskytne technologie, materiály a odborné znalosti, díky nimž se vaše koncepty stanou skutečností. Jsme odhodláni podporovat inovace v oblasti elektromobilů i mimo ni.

Kontaktujte Met3dp ještě dnes a prodiskutovat s vámi vaše konkrétní požadavky na chladicí desky pro elektromobily a zjistit, jak vám naše špičková řešení aditivní výroby mohou pomoci dosáhnout vašich cílů v oblasti tepelného managementu a urychlit vaši cestu k elektrifikaci.

Sdílet na

Facebook
Cvrlikání
LinkedIn
WhatsApp
E-mailem

MET3DP Technology Co., LTD je předním poskytovatelem řešení aditivní výroby se sídlem v Qingdao v Číně. Naše společnost se specializuje na zařízení pro 3D tisk a vysoce výkonné kovové prášky pro průmyslové aplikace.

Dotaz k získání nejlepší ceny a přizpůsobeného řešení pro vaše podnikání!

Související články

Získejte Metal3DP
Produktová brožura

Získejte nejnovější produkty a ceník