Come MAX IV ha ottimizzato le prestazioni di raffreddamento con blocchi di rame stampati in 3D
Laboratorio MAX IV ha esplorato come Blocchi di raffreddamento stampati in 3D potrebbe migliorare le prestazioni termiche e la flessibilità di progettazione. Questo studio interno ha messo a confronto blocchi stampati in 3D e blocchi lavorati tradizionalmente, concentrandosi sulle tolleranze, sull'efficienza di raffreddamento e sull'idoneità agli ambienti ad altissimo vuoto (UHV).
Perché considerare la stampa 3D per i blocchi di raffreddamento?
Nei sistemi di sincrotrone, i blocchi di raffreddamento svolgono un ruolo fondamentale nella gestione del calore. I blocchi tradizionali si basano su canali perforati uniti da tubi o tappi sigillati, un approccio che limita la flessibilità e aumenta il rischio di perdite.
Al contrario, stampa 3D in metallo permette di costruire canali interni curvi direttamente nella struttura. Questa libertà di progettazione migliora il trasferimento del calore, riduce i tempi di assemblaggio e minimizza le vie di fuga.
Selezione del materiale: Perché CuCrZr?
MAX IV selezionato CuCrZr (rame-cromo-zirconio) sulla base di precedenti test di compatibilità UHV. Offre il giusto equilibrio tra proprietà termiche e meccaniche:
Elevata conducibilità termica per un raffreddamento efficiente.
Buona resistenza meccanica che consentono di realizzare guarnizioni UHV a lama di coltello.
Eccellenti prestazioni di vuoto, superando le prestazioni del rame puro e del rame privo di ossigeno.
Test del blocco di raffreddamento stampato in 3D
Design del blocco di raffreddamento
Il blocco di raffreddamento è stato progettato con canali interni curvi, sfruttando la capacità della stampa 3D di creare geometrie complesse. Le filettature per i connettori sono state lavorate successivamente e non stampate direttamente in 3D.
Disegni tecnici
I disegni tecnici evidenziano le strutture interne del canale e considerazioni generali sulla progettazione.
Figura 2: Disegni tecnici del blocco di raffreddamento che mostrano la disposizione dei canali.
Ordini e stampa con MakerVerse
MakerVerse è una piattaforma per l'approvvigionamento di componenti industriali. Offre un accesso immediato a una catena di fornitura verificata e a una gamma completa di tecnologie di produzione. Grazie a quotazioni, gestione degli ordini e adempimenti basati sull'intelligenza artificiale, MakerVerse aiuta a gestire tutto, dai prototipi iniziali alla produzione su larga scala.
Il pezzo è stato stampato utilizzando LPBF (Laser Powder Bed Fusion) e sono arrivati nei tempi previsti.
Prestazioni e risultati dei test
Precisione dimensionale
Dopo aver ricevuto il blocco di raffreddamento stampato, è stato misurato per verificarne la precisione. La deviazione più significativa è stata 0,2 mm, un risultato migliore del previsto.
✅ Lunghezza nominale: 100 mm
✅ Lunghezza misurata: 100,16 mm
Figura 3: Misure CMM che confermano l'elevata precisione dimensionale del pezzo stampato. A sinistra (in alto) e a destra (in basso).
Qualità della superficie e rimozione della polvere
- Rugosità della superficie: Ra 8-10 µm, coerente con le stampe LPBF.
- Nei canali è stato trovato un po' di polvere residua, ma questo è accettabile, in quanto MAX IV esegue la pulizia interna dei componenti UHV.
Confronto delle prestazioni di raffreddamento
Il blocco di raffreddamento è stato testato in condizioni di condizioni di raffreddamento MAX IV modificate:
🔹 Flusso d'acqua:0,4 l/min
🔹 Ingresso di calore: 200W
🔹 Monitoraggio della temperatura: termocoppias on blocco e bagnator ingressos/uscite
Risultati principali
Il Il blocco stampato in 3D si è comportato bene, anche se la versione lavorata ha avuto un'efficienza di raffreddamento leggermente migliore grazie agli angoli del canale più netti, che hanno migliorato il trasferimento del calore.
Il Il blocco stampato in 3D con canali multipli ha mostrato le migliori prestazioni di raffreddamento, come previsto, grazie ai percorsi di flusso più lunghi e alla vicinanza alla superficie.
Figura 4: Sezione trasversale del blocco di raffreddamento che mostra i canali interni dopo il taglio.
Applicazioni future e passi successivi
Lo studio ha dimostrato che Blocchi di raffreddamento in rame stampati in 3D sono un'opzione pratica per i componenti termici compatibili con UHV. I test futuri comprenderanno misurazioni della caduta di pressione e del rilascio di particelle per convalidare le prestazioni a lungo termine.
MAX IV prevede di esplorare progetti di raffreddamento basati su reticoli per migliorare ulteriormente la dissipazione del calore.
Punti di forza
La stampa 3D consente di creare canali di raffreddamento più complessi, che possono migliorare le prestazioni in applicazioni specifiche.
Le tolleranze dimensionali sono risultate migliori del previsto, rendendo l'LPBF un'opzione valida per i pezzi di precisione.
Ulteriori test come la caduta di pressione e il rilascio di particelle beneficio una valutazione più completa.
Nei progetti futuri, MAX IV potrebbe esplorare geometrie di raffreddamento alternative, come le strutture a reticolo, per migliorare la dissipazione del calore.
Processo semplice e affidabile
Il processo di ordinazione e ricezione del pezzo stampato in 3D è stato semplice ed efficiente.
I punti salienti della collaborazione:
Ordinazione online facile - Caricare il file STL, ottenere un preventivo immediato ed effettuare l'ordine è stato un gioco da ragazzi.
✅ Produzione di precisione - L'accuratezza dimensionale del pezzo finale è stata migliore del previsto, con una deviazione minima.
✅ Assistenza clienti affidabile - Il feedback e l'assistenza del team di MakerVerse sono stati utili durante tutto il processo.
Nils Pistora, ingegnere meccanico presso MAX IV, ha condiviso la sua esperienza:
"Basta caricare il file STL su MakerVerse ed effettuare un ordine. Non potrebbe essere più semplice. Le tolleranze dimensionali sono state sorprendentemente buone, superando le aspettative. La facilità d'uso della vostra pagina web, unita alla quotazione istantanea e al feedback utile di Kaitlin Wong, ha reso il processo senza intoppi".
Una preziosa esperienza di apprendimento
La valutazione ha confermato che stampa 3D in metallo consente di creare canali interni complessi che migliorano il raffreddamento senza compromettere la precisione. Mentre la lavorazione tradizionale eccelle ancora nelle geometrie a spigolo vivo, la produzione additiva offre nuove possibilità di progettazione per i sistemi termici ad alte prestazioni.
Siete pronti a testare i componenti in rame stampati in 3D?
