一種基于3d打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，包括金屬基體和多個多孔單元；多孔單元線性緊密排布在金屬基體上；多孔單元的側(cè)面為向多孔單元內(nèi)凹陷的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，從而相鄰多孔單元之間對應內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的部位形成外凸的傳熱間隙。本實用新型采用的3D打印技術(shù)幾乎可以制造出任何形狀的結(jié)構(gòu)，包括制備出傳統(tǒng)制造方法加工不了的多孔內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，而且具有制備過程簡單，精度高且可控等優(yōu)點，屬于強化傳熱結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
【專利說明】
一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及強化傳熱結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)飛速的發(fā)展，能源消耗越來越大，如何節(jié)約和有效利用資源逐漸地受到了人們越來越廣泛的關(guān)注。
[0003]在能源的傳遞過程中，強化傳熱過程對于提高整個傳熱系統(tǒng)的效率和降低設備的投資與運行費用至關(guān)重要。目前，強化傳熱的主要方法在于改善傳熱表面結(jié)構(gòu)。
[0004]多孔內(nèi)凹結(jié)構(gòu)現(xiàn)今已成為工業(yè)應用前景廣泛地強化傳熱結(jié)構(gòu)。多孔內(nèi)凹結(jié)構(gòu)有大量的微細孔隙、大比表面積、有利于形成汽泡核心和提高汽泡脫離頻率，具有很好的研究和應用價值。
[0005]粉末燒結(jié)法和機械加工作為常見的傳統(tǒng)多孔結(jié)構(gòu)的制備方法，由于空間尺度的限制，難以制備出多孔內(nèi)凹的結(jié)構(gòu)。因此，現(xiàn)有的多孔內(nèi)凹結(jié)構(gòu)受加工方法的影響結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化，影響傳熱效果。而3D打印技術(shù)利用逐層堆疊原理構(gòu)造成型，不僅加工精度高，而且?guī)缀蹩梢灾圃斐鋈魏涡螤畹慕Y(jié)構(gòu)，因此3D打印技術(shù)為具有較好傳熱效果的多孔內(nèi)凹結(jié)構(gòu)提供了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是:提供一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，基于3D打印技術(shù)，制備的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)具有更好的傳熱效果。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，包括金屬基體和多個多孔單元；多孔單元線性緊密排布在金屬基體上；多孔單元的側(cè)面為向多孔單元內(nèi)凹陷的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，從而相鄰多孔單元之間對應內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的部位形成外凸的傳熱間隙。
[0009]作為一種優(yōu)選，多孔單元為固定在金屬基體上的倒置的類半球體、類椎體或類臺體結(jié)構(gòu)，多孔單元內(nèi)均布多個孔。此處所說的類半球體、類椎體、類臺體結(jié)構(gòu)，指的是:由于多孔單元是逐層加工，當精度較小時，層間梯度大，因此形成的形狀非規(guī)則的半球體、椎體、臺體。
[0010]作為一種優(yōu)選，多孔單元為固定在金屬基體上的倒置的半球體、椎體或臺體結(jié)構(gòu)，多孔單元內(nèi)均布多個孔。具體的說，椎體包括圓錐體、三棱錐、四棱錐等，臺體包括圓臺、棱臺等。由于多孔單元是逐層加工，當精度較大時，層間梯度小，因此形成的形狀肉眼看來是規(guī)則的半球體、椎體、臺體。
[0011 ]作為一種優(yōu)選，多孔單元由金屬粉體堆疊形成;金屬粉體為球狀或不規(guī)則的枝狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，粒徑為20?80μηι。
[0012]作為一種優(yōu)選，金屬基體為板狀，厚度為I?3mm;多孔單元的高度為I?3mm。
[0013]作為一種優(yōu)選，多孔單元的材質(zhì)為金屬，與金屬基體的材質(zhì)相同，為銅、銅合金、鎳、鎳合金、招合金或不銹鋼。
[0014]作為一種優(yōu)選，每個多孔單元的形狀和大小均相同。
[0015]作為一種優(yōu)選，多孔單元的上端面為平面，所有多孔單元的上端面均位于同一平面上。
[0016]一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟:(I)以金屬基體表面為基準面，根據(jù)精度要求和金屬粉體的大小，在基準面上鋪上一層厚度為20?80μm的均勻的金屬粉體；(2)3D打印機使用激光照射鋪展好的金屬粉體，在設計好的區(qū)域用激光熔融成型，形成第一層按陣列線性分布的多孔結(jié)構(gòu)；(3)在步驟(2)形成第一層多孔結(jié)構(gòu)的基礎上，再均勻地鋪上一層相同厚度的金屬粉體，用激光照射熔融第二層的金屬粉體，該層熔融成型的金屬粉體面積較第一層面積大一些；以后每一層熔融面積都較下一層面積大一些，且每一層層厚相同；依此類推，層層堆疊成型，直至在金屬基體表面形成所有的多孔單元。
[0017]作為一種優(yōu)選，金屬粉體在多孔單元中的排布方式以及熔融成型出的多孔的孔徑、形狀和排布方式由軟件建模形成，再經(jīng)過3D打印機可控地打印出需要的多孔結(jié)構(gòu)；多孔單元的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)以及多孔單元之間的傳熱間隙的形狀和大小由軟件建?？刂?，再經(jīng)過3D打印機可控地打印出需要的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)和傳熱間隙。
[0018]本發(fā)明的原理是:
[0019]該結(jié)構(gòu)包括金屬基體，金屬基體上以類半球體或者類錐體等結(jié)構(gòu)為多孔單元的陣列線性緊密排布結(jié)構(gòu)。陣列中的多孔單元結(jié)構(gòu)為上大下小，多孔單元的側(cè)面為內(nèi)凹的結(jié)構(gòu)，多孔單元之間則形成了一定的外凸的傳熱間隙。本發(fā)明采用3D打印機，在金屬基體上逐層熔融一定厚度的金屬粉體，逐漸堆疊出類半球體或者類錐體等的陣列分布結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有機械加工方法所不能加工出的結(jié)構(gòu)，為傳統(tǒng)散熱領(lǐng)域的多孔內(nèi)凹結(jié)構(gòu)所不曾考慮的具有很好散熱效果的結(jié)構(gòu)。
[0020]總的說來，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0021 ] 1.3D打印技術(shù)幾乎可以制造出任何形狀的結(jié)構(gòu)，包括制備出傳統(tǒng)制造方法加工不了的多孔內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，而且具有制備過程簡單，精度高且可控等優(yōu)點。
[0022]2.多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)增大了比表面積，有利于汽泡聚合生長形成汽泡核心和提高汽泡脫離頻率，具有優(yōu)良的強化傳熱性能。
【附圖說明】
[0023]圖1為一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0024]圖2是顯示內(nèi)凹結(jié)構(gòu)和外凸的傳熱間隙的示意圖。
[0025]圖3是多孔單元的截面圖。
[0026]其中，I為金屬基體，2為多孔單元，3為傳熱間隙，4為孔，5為孔隙。
【具體實施方式】
[0027]下面來對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0028]如圖1所示，一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，包括:金屬基體和多個多孔單元。多孔單元以陣列線性緊密排布的的方式設置在金屬基體上，形成多孔內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。
[0029]金屬基體為板狀，材料為銅。
[0030]多孔單元為倒置的半球體，從上往下寬度逐漸變窄，因此在變窄的部位形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。多孔單元內(nèi)均布多個孔，孔之間有孔隙，孔的形狀可為規(guī)則的或不規(guī)則的。每個多孔單元的形狀和大小均相同，上端為平面，材質(zhì)為銅。
[0031]相鄰多孔單元之間對應內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的部位圍成外凸形狀的傳熱間隙，從而所有多孔單元和金屬基體之間組成多孔內(nèi)凹的傳熱結(jié)構(gòu)。
[0032]一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟:
[0033](I)金屬基體的尺寸為20 X40mm，厚度為2mm JD打印機噴嘴在金屬基體上均勻噴灑鋪上一層厚度為50μπι的球狀銅粉，銅粉粒徑在25?50μπι。
[0034](2)在設計好的區(qū)域用3D打印機激光熔融成型，形成第一層以50μπι高，直徑3mm的圓柱狀陣列線性排布的多孔結(jié)構(gòu)。
[0035](3)在第一層多孔結(jié)構(gòu)的基礎上，再均勻地鋪上一層相同厚度的銅粉，重復步驟
(2)，但是第二層組成多孔結(jié)構(gòu)的圓柱狀面積大于第一層面積;依此類推，層層堆疊成型，最后一層為50μηι高，直徑5mm的圓柱狀陣列線性排布的多孔結(jié)構(gòu)。
[0036]如圖2所示，形成的多孔單元為半徑2.5mm球體的一部分，高度為2mm。
[0037]如圖2所示，相鄰多孔單元在頂面緊密接觸，多孔單元由其下端圓弧段構(gòu)成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。
[0038]如圖3所示，銅粉在多孔單元內(nèi)以一定的排布方式構(gòu)成特定的內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)。
[0039]多孔單元的形狀大小以及銅粉的排布方式均事先由軟件建模形成。
[0040]除了本實施例提及的方式外，多孔單元可為倒置的圓錐體、倒置的三棱錐等橫截面從上往下依次減小的結(jié)構(gòu)，也可為橫截面先減小后增大的結(jié)構(gòu)，或為若干個減小再增大結(jié)構(gòu)疊加的復合結(jié)構(gòu)，這些變化方式均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0041]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括金屬基體和多個多孔單元;多孔單元線性緊密排布在金屬基體上；多孔單元的側(cè)面為向多孔單元內(nèi)凹陷的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，從而相鄰多孔單元之間對應內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的部位形成外凸的傳熱間隙。2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多孔單元為固定在金屬基體上的倒置的類半球體、類椎體或類臺體結(jié)構(gòu)，多孔單元內(nèi)均布多個孔。3.按照權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多孔單元為固定在金屬基體上的倒置的半球體、椎體或臺體結(jié)構(gòu)，多孔單元內(nèi)均布多個孔。4.按照權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多孔單元由金屬粉體堆疊形成;金屬粉體為球狀或不規(guī)則的枝狀結(jié)構(gòu)。5.按照權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬基體為板狀，厚度為I?3mm;多孔單元的高度為I?3mm。6.按照權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多孔單元的材質(zhì)為金屬，與金屬基體的材質(zhì)相同，為銅、銅合金、鎳、鎳合金、招合金或不銹鋼。7.按照權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:每個多孔單元的形狀和大小均相同。8.按照權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印的多孔內(nèi)凹強化傳熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多孔單元的上端面為平面，所有多孔單元的上端面均位于同一平面上。
【文檔編號】F28F3/02GK205448794SQ201521067575
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月18日
【發(fā)明人】湯勇, 陳燦, 張仕偉, 孫亞隆, 林浪, 劉彬
【申請人】華南理工大學