Come controllare i canali interni di una piastra di raffreddamento della batteria stampata in 3D?

Un cliente riceve una bellissima piastra di raffreddamento della batteria stampata in 3D. L'esterno sembra perfetto, le superfici sono pulite e i fori di montaggio sono allineati. Tuttavia, durante il test del sistema, il flusso del refrigerante è inferiore al previsto, la caduta di pressione è superiore a quanto consentito dalla progettazione o, peggio ancora,-si verifica una perdita lenta. Il problema risiede quasi sempre nei canali che nessuno può vedere. Polvere residua, passaggi ristretti, pareti ruvide o leggere distorsioni geometriche possono distruggere le prestazioni termiche anche quando l'esterno del pezzo è impeccabile. Questo articolo spiega perché i canali interni sono così difficili da ispezionare, i cinque metodi pratici disponibili, come scegliere la giusta combinazione, i difetti che riscontriamo più spesso e quali domande porre al tuo fornitore prima di effettuare un ordine.

Perché i canali interni sono difficili da controllare

La produzione additiva in metallo crea complessi canali di raffreddamento conformati che la lavorazione tradizionale non è in grado di produrre. Quegli stessi canali sono anche le caratteristiche più difficili da verificare. Si torcono, si ramificano, cambiano diametro e spesso corrono in profondità all'interno della parte. Una volta terminata la costruzione, i canali sono completamente chiusi. Non è possibile inserire un calibro o una sonda CMM al loro interno.

I problemi di produzione comuni peggiorano il problema. La polvere residua può rimanere intrappolata dopo la depolverazione. Le superfici-rivolte verso il basso tendono ad essere molto più ruvide di quelle-rivolte verso l'alto. Il surriscaldamento locale o un supporto insufficiente possono causare il restringimento o la distorsione della sezione trasversale del canale-. Anche una piccola riduzione del diametro idraulico o un aumento della rugosità superficiale aumentano la resistenza al flusso e riducono l'efficienza del trasferimento di calore-.

La gestione termica della batteria non perdona. La ricerca condotta dal NREL e da altri laboratori mostra che temperature elevate delle celle e ampi gradienti di temperatura accelerano il calo della capacità e aumentano il rischio di fuga termica. Mantenere lo zaino entro una finestra di temperatura ristretta (spesso circa 15-35 gradi) è fondamentale sia per la vita che per la sicurezza. Una piastra di raffreddamento i cui canali interni sono parzialmente bloccati o sottodimensionati non può fornire la dissipazione del calore prevista, quindi l'intero pacchetto ne risente.

5 modi per ispezionare i canali interni

Scansione TC

La tomografia computerizzata industriale è attualmente l'unico metodo non-distruttivo in grado di misurare l'intera geometria tridimensionale-dei canali interni. Lo scanner genera un set di dati volumetrico che rivela polvere residua, restrizioni locali, variazione dello spessore della parete-e deviazione dal modello CAD. La risoluzione tipica per le piastre di raffreddamento in metallo varia da 50 µm a 100 µm a seconda delle dimensioni della parte e della densità del materiale. La scansione TC per parti stampate in 3D è lo standard di riferimento quando è necessaria una misurazione quantitativa delle dimensioni del canale interno.

Prova di flusso

Un flusso controllato di acqua o refrigerante viene spinto attraverso i canali a una pressione o portata definita. La portata misurata viene confrontata con il valore di progetto. Questo test è veloce, economico e direttamente rilevante per le prestazioni. Non può dirteloDovela restrizione riguarda la quantità di modifiche apportate alla geometria, ma segnala rapidamente le parti che avranno prestazioni inferiori-.

Prova di caduta di pressione

I sensori di pressione sono posizionati all'ingresso e all'uscita mentre il fluido scorre a una velocità costante. Una caduta di pressione inaspettatamente elevata indica quasi sempre un blocco, irregolarità o una sezione trasversale ridotta. Come il test di flusso, non è-distruttivo e di facile utilizzo-per la produzione, ma non fornisce dettagli geometrici.

Periscopio/endoscopio

Un endoscopio flessibile o rigido può essere inserito in canali più grandi e relativamente diritti. L'ispezione visiva può rivelare polvere residua, superfici ruvide o residui di supporto. Il metodo è limitato ai passaggi accessibili e non può misurare con precisione le dimensioni.

Taglia-Sezionamento aperto

Le parti selezionate vengono sezionate e le facce tagliate vengono esaminate al microscopio o alla CMM ottica. Questo è il modo più diretto per confermare ciò che stanno vedendo i test CT o di flusso, ma la parte è distrutta. Normalmente viene utilizzato solo per la convalida del processo o la correlazione del primo-articolo.

Quale metodo dovresti scegliere?

Per la convalida di prototipi e piccoli lotti, la maggior parte degli acquirenti combina la scansione TC su un campione di parti con test di flusso o caduta di pressione al 100%. Nella produzione in serie il mix si sposta spesso verso test funzionali e controlli CT periodici. Quando il disegno richiede tolleranze interne strette o i canali sono molto complessi,Ispezione del canale di raffreddamentocon CT rimane il modo più affidabile per confermare la misurazione della dimensione del canale interno.

Problemi comuni che troviamo all'interno dei canali

Residui di polvere e intasamento– La depolverazione incompleta lascia polvere sciolta o parzialmente sinterizzata che limita il flusso. Dopo la costruzione sono necessari protocolli approfonditi di vibrazione, aria compressa-o pulizia chimica.

Canali sottodimensionati o distorti– L'accumulo di calore o la mancanza di supporto possono ridurre la sezione-trasversale di decine o centinaia di micron. L'ottimizzazione dei parametri-del processo e migliori strategie di supporto riducono il problema.

Rugosità interna eccessiva– Le superfici del piumino-in particolare possono essere molto ruvide, aumentando la caduta di pressione. L'orientamento alla costruzione e la lucidatura post-del processo (flusso abrasivo o chimico) migliorano la situazione.

Resti di supporto– I supporti interni non completamente rimossi creano ostacoli locali. È essenziale progettare canali-autosufficienti o rimuovere attentamente il supporto.

Variazione dello spessore della parete-– Il surriscaldamento locale o l’adesione della polvere possono rendere le pareti più spesse o più sottili di quanto progettato, influenzando sia la resistenza che le prestazioni termiche.

Ciascuno di questi difetti può superare l'ispezione visiva esterna ma causare prestazioni insufficienti o perdite della piastra di raffreddamento una volta installata.

Un vero caso da Sunhingstones

Un nuovo-fornitore di veicoli energetici aveva bisogno di una famiglia di piastre di raffreddamento per batterie stampate in 3D in alluminio con canali conformati complessi. I primi prototipi mostravano buone dimensioni esterne ma i test di flusso non hanno avuto esito positivo: il flusso misurato era inferiore del 18-22% al target e la caduta di pressione era corrispondentemente elevata. Le scansioni TC hanno rivelato polvere residua in diversi canali ramificati e riduzioni locali della sezione trasversale fino a 0,3 mm.

Il team ha adattato i parametri del laser e la strategia di scansione per le regioni critiche del canale, ha introdotto una sequenza di depolverazione e pulizia a ultrasuoni in più- fasi e ha implementato il campionamento CT su ogni piastra di costruzione oltre a un test del flusso al 100%. Dopo il blocco del processo-, i lotti successivi hanno raggiunto portate entro il 5% dei valori di progettazione e caduta di pressione-all'interno della finestra specificata. La resa dimensionale delle caratteristiche interne critiche è salita oltre il 95%.

Cosa chiedere al fornitore prima di ordinare

Prima di effettuare un ordine richiedete risposte chiare sui seguenti punti:

Quali metodi di ispezione verranno utilizzati sui canali interni (CT, flusso, caduta di pressione o combinazione)?

Verrà fornito un report dimensionale o un'analisi CT per le prime-parti dell'articolo?

Quale processo di depolverazione e pulizia viene applicato e come viene verificata la polvere residua?

Il fornitore può mostrare i dati precedenti che correlano i risultati CT con le prestazioni di flusso o caduta di pressione-?

Qual è la capacità di processo per le dimensioni del canale interno su parti simili?

Scegliere un produttore capace di stampa 3D in metallo o una fabbrica di piastre di raffreddamento per batterie che comprenda già questi problemi riduce il rischio di scoperte tardive. Un fornitore esperto nel servizio di stampa 3D in metallo per applicazioni di batterie per veicoli elettrici tratterà la verifica del canale interno come una parte standard del processo piuttosto che come un ripensamento. L'attenzione del settore verso l'ispezione della qualità dei componenti di raffreddamento realizzati con la produzione additiva- continua ad aumentare man mano che sempre più piattaforme di veicoli elettrici passano alla produzione in serie.

Domande frequenti

Come si controlla l'interno di una parte stampata in 3D senza tagliarla?
Il metodo non-distruttivo principale è la scansione TC industriale, che crea una mappa 3D completa dei canali interni. I test di flusso e i test di caduta di pressione-forniscono conferma funzionale senza distruggere la parte.

Quanto è accurata la scansione TC per i canali di raffreddamento?
A seconda delle dimensioni della parte, del materiale e dei parametri di scansione, la TC industriale in genere risolve caratteristiche nell'intervallo 50-100 µm e può quantificare il diametro del canale, lo spessore della parete e le posizioni della polvere residua con una buona affidabilità metrologica.

Un test di flusso può sostituire la scansione TC?
Un test di flusso conferma che i canali funzionano come richiesto, ma non è in grado di individuare il difetto o misurare la geometria effettiva. I due metodi sono complementari; molti progetti li utilizzano entrambi.

Come faccio a sapere se la polvere è ancora bloccata nei canali?
La scansione TC è il modo più affidabile per rilevare la polvere residua. Anche i test di flusso funzionale o di caduta di pressione-individueranno blocchi gravi, ma una lieve polvere residua potrebbe comunque superare un test di flusso riducendo l'affidabilità-a lungo termine.

Offrite piastre di raffreddamento personalizzate in quantità all'ingrosso?
SÌ. Una volta convalidato il processo con CT e test funzionali, gli stessi parametri e il piano di ispezione si adattano ai volumi di produzione per la fornitura all'ingrosso di piastre di raffreddamento personalizzate.

Pronto a verificare i canali della tua piastra di raffreddamento?

Inviaci il tuo modello 3D o disegno. Esamineremo la progettazione del canale interno, raccomanderemo una combinazione appropriata di scansione TC e test funzionali e forniremo un DFM chiaro e un piano di ispezione. La corretta verifica dell'interno di una piastra di raffreddamento della batteria stampata in 3D protegge sia le prestazioni termiche che la sequenza temporale del progetto.