Additiv gefertigter Kühlkörper: Unterschied zwischen den Versionen

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(Die Seite wurde neu angelegt: „Funktionsintegration mittels LPBF-Verfahren Um den Wärmetransport eines Luftkühlkörpers zu erhöhen, wurde durch die Firma Toolcraft eine PHP in einen additiv gefertigten Kühlkörper integriert. Zunächst wurden mögliche Pulver-materialien die dazugehörigen Anlage-Peripherien nach den Eigenschaften für einen Kühlkör-per identifiziert und gegenübergestellt. Für eine initiale AM-Fertigung wurde sich für den Werk-stoff Scalmalloy entschieden. De…“)
 
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Funktionsintegration mittels LPBF-Verfahren
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Um den Wärmetransport eines Luftkühlkörpers zu erhöhen, wurde durch die Firma Toolcraft eine PHP in einen additiv gefertigten Kühlkörper integriert. Zunächst wurden mögliche Pulver-materialien die dazugehörigen Anlage-Peripherien nach den Eigenschaften für einen Kühlkör-per identifiziert und gegenübergestellt. Für eine initiale AM-Fertigung wurde sich für den Werk-stoff Scalmalloy entschieden.
== Funktionsintegration mittels [[LPBF]]-Verfahren ==
Der Werkstoff Scalmalloy ist eine in der Luft- und Raumfahrt entwickelte Aluminiumlegierung mit dem chemischen Kurznamen AIMg4,5Sc0,7Zr0,3. Mittels der Legierungselemente Mag-nesium, Scandium und Zirkonium werden deutlich verbesserte Festigkeitseigenschaften im Vergleich zu konventionellen Legierungen erreicht.
Die Legierung weist sowohl eine gute Schweißbarkeit wie auch Korrosionsbeständigkeit auf. Aufgrund der geringen Dichte und den relativ hohen Festigkeitswerten in Zusammenhang mit einer guten Zähigkeit sind Bauteile aus Scalmalloy besonders für Anwendungen im Motor-sport, dem Automobilbau und für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt geeignet. Scalmal-loy besitzt eine Wärmeleitfähigkeit nach der entsprechenden Wärmebehandlung von 83,2 𝑊𝑊/𝐾𝐾𝐾𝐾. Der Kühlkörper wurde wie in Abbildung .. dargestellt für den ersten AM-Druck seg-mentiert. Das Segment enthält insgesamt 3 Kühlstränge.


Abbildung (Freigabe von Siemens erforderlich)
Um den Wärmetransport eines [[de.wikipedia:Kühlkörper|Luftkühlkörper]]s zu erhöhen, wurde durch die Firma [[Toolcraft]] eine [[Pulsating Heat Pipe|PHP]] in einen additiv gefertigten Kühlkörper integriert. Zunächst wurden für mögliche [[Pulvermaterial]]ien die dazugehörigen [[Anlageperipherie]]n nach den Eigenschaften für einen Kühlkörper identifiziert und gegenübergestellt. Für eine initiale AM-Fertigung wurde der Werkstoff [[Scalmalloy]] gewählt.


In der Designphase wurden mehrere Varianten für Geometrien von Kühlkanälen vorgeschla-gen und diskutiert. Abbildung .. zeigt zylindrische und eine zylindrisch-kegelförmige Geomet-rie. Zweiteres hat zur Folge, dass die Prozessstabilität hinsichtlich Fertigung und Entpulverung des Bauteils erhöht wird und ggf. Agglomerationen von nicht vollständig aufgeschmolzenem Pulver reduziert werden können. Für die erste Fertigung wurde diese Optimierung noch nicht berücksichtigt.
Der Kühlkörper wurde wie in {{TODO|Abbildungsverweis}} dargestellt für den ersten AM-Druck segmentiert. Das Segment enthält insgesamt drei Kühlstränge.


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Nach der Designphase und der konstruktiven Datenaufbereitung folgt das Pre-processing. Hier werden die Bauteilorientierung, Stützkonturen, Material, Parameter und Zuweisung der AM-Anlage definiert. Anschließend folgt die AM-Prozesssimulation. Die Daten werden über den Build Prozessor auf die Anlage transferiert und die Fertigung startet. Nach dem AM-Druck erfolgt das Entpacken und Entpulvern des Bauteils. In diesem Prozessschritt wird das Bauteil von überschüssigen Restpulver befreit, darauf wärmebehandelt und von der Substratplatte getrennt. Die Stützkonturen am In- und Outlet werden entfernt und die die AM-Fläche manuell überschliffen. Abbildung .. stellt den Kühlkörper projiziert auf der Substratplatte dar.
In der Designphase wurden mehrere Varianten für [[Sollgeometrie|Geometrien]] von Kühlkanälen vorgeschlagen und diskutiert. {{TODO|Abbildungsverweis}} zeigt zylindrische und eine zylindrisch-kegelförmige Geometrie. Die zweite hat zur Folge, dass die Prozess&shy;stabilität hinsichtlich Fertigung und [[Entpulverung]] des Bauteils erhöht wird und ggf. [[Agglomerationen]] von nicht vollständig aufgeschmolzenem Pulver reduziert werden können. Für die erste Fertigung wurde diese Optimierung noch nicht berücksichtigt.


Abbildung (Freigabe von Siemens erforderlich)
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Die Ergebnisse der Messreihe (Abbildung..) zeigen die Temperaturdifferenz über die Länge der Kühlrippe. Wenn sich kein Fluid in den PHP-Kanälen befindet, stellt sich entlang der Rippe ein Temperaturunterschied von 34 K ein. Wenn die Kanäle mit 2 g Ethanol befüllt sind, stellt sich aufgrund der Heizquelle eine selbstoszillierende Zweiphasenströmung ein. Dadurch re-duziert sich der Temperaturunterschied auf 10 K, das entspricht einer Verbesserung des ther-mischen Widerstands von 70%. Wird eine unvorteilhafte Einbaulage gewählt, d. h. die Wär-mequelle befindet sich oben, kann der thermischen Widerstands um 55% reduziert werden. Die Ergebnisse sollen im nächsten Jahr auf der internationalen Messe für Leitungselektronik (PCIM) vorgestellt werden.
Nach der [[Designphase]] und der konstruktiven [[Datenaufbereitung]] folgt das Pre-processing. Hier werden die Bauteil&shy;orientierung, Stützkonturen, Material, Parameter und Zuweisung der AM-Anlage definiert. Anschließend folgt die AM-[[Prozesssimulation]]. Die Daten werden über den [[Build Prozessor]] auf die Anlage transferiert und die Fertigung startet. Nach dem AM-Druck erfolgt das [[Entpacken]] und [[Entpulvern]] des Bauteils. In diesem Prozessschritt wird das Bauteil von überschüssigen Restpulver befreit, darauf wärmebehandelt und von der [[Substratplatte]] getrennt. Die [[Stützkontur]]en am In- und Outlet werden entfernt und die AM-Fläche manuell überschliffen. {{TODO|Abbildungsverweis}} stellt den Kühlkörper projiziert auf der Substratplatte dar.


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Die Ergebnisse der Messreihe {{TODO|Abbildungsverweis}} zeigen die Temperatur&shy;differenz über die Länge der Kühlrippe. Wenn sich kein Fluid in den PHP-Kanälen befindet, stellt sich entlang der Rippe ein Temperatur&shy;unterschied von 34 K ein. Wenn die Kanäle mit 2 g Ethanol befüllt sind, stellt sich aufgrund der Heizquelle eine selbst&shy;oszillierende Zweiphasen&shy;strömung ein. Dadurch reduziert sich der Temperaturunterschied auf 10 K, das entspricht einer Verbesserung des thermischen Widerstands von 70 %. Wird eine unvorteilhafte Einbaulage gewählt, d. h. die Wärmequelle befindet sich oben, kann der thermischen Widerstand um 55 % reduziert werden. Die Ergebnisse sollen 2023 auf der internationalen Messe für Leitungselektronik ([https://pcim.mesago.com PCIM]) vorgestellt werden.
 
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Aktuelle Version vom 28. März 2023, 06:23 Uhr

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Funktionsintegration mittels LPBF-Verfahren

Um den Wärmetransport eines Luftkühlkörpers zu erhöhen, wurde durch die Firma Toolcraft eine PHP in einen additiv gefertigten Kühlkörper integriert. Zunächst wurden für mögliche Pulvermaterialien die dazugehörigen Anlageperipherien nach den Eigenschaften für einen Kühlkörper identifiziert und gegenübergestellt. Für eine initiale AM-Fertigung wurde der Werkstoff Scalmalloy gewählt.

Der Kühlkörper wurde wie in 🚧 ❬Abbildungsverweis❭ dargestellt für den ersten AM-Druck segmentiert. Das Segment enthält insgesamt drei Kühlstränge.

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In der Designphase wurden mehrere Varianten für Geometrien von Kühlkanälen vorgeschlagen und diskutiert. 🚧 ❬Abbildungsverweis❭ zeigt zylindrische und eine zylindrisch-kegelförmige Geometrie. Die zweite hat zur Folge, dass die Prozess­stabilität hinsichtlich Fertigung und Entpulverung des Bauteils erhöht wird und ggf. Agglomerationen von nicht vollständig aufgeschmolzenem Pulver reduziert werden können. Für die erste Fertigung wurde diese Optimierung noch nicht berücksichtigt.

🚧 ❬Abbildung❭

Nach der Designphase und der konstruktiven Datenaufbereitung folgt das Pre-processing. Hier werden die Bauteil­orientierung, Stützkonturen, Material, Parameter und Zuweisung der AM-Anlage definiert. Anschließend folgt die AM-Prozesssimulation. Die Daten werden über den Build Prozessor auf die Anlage transferiert und die Fertigung startet. Nach dem AM-Druck erfolgt das Entpacken und Entpulvern des Bauteils. In diesem Prozessschritt wird das Bauteil von überschüssigen Restpulver befreit, darauf wärmebehandelt und von der Substratplatte getrennt. Die Stützkonturen am In- und Outlet werden entfernt und die AM-Fläche manuell überschliffen. 🚧 ❬Abbildungsverweis❭ stellt den Kühlkörper projiziert auf der Substratplatte dar.

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Die Ergebnisse der Messreihe 🚧 ❬Abbildungsverweis❭ zeigen die Temperatur­differenz über die Länge der Kühlrippe. Wenn sich kein Fluid in den PHP-Kanälen befindet, stellt sich entlang der Rippe ein Temperatur­unterschied von 34 K ein. Wenn die Kanäle mit 2 g Ethanol befüllt sind, stellt sich aufgrund der Heizquelle eine selbst­oszillierende Zweiphasen­strömung ein. Dadurch reduziert sich der Temperaturunterschied auf 10 K, das entspricht einer Verbesserung des thermischen Widerstands von 70 %. Wird eine unvorteilhafte Einbaulage gewählt, d. h. die Wärmequelle befindet sich oben, kann der thermischen Widerstand um 55 % reduziert werden. Die Ergebnisse sollen 2023 auf der internationalen Messe für Leitungselektronik (PCIM) vorgestellt werden.

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