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3D Printing and 3D Systems printers 3D Printing and 3D Systems printers
Direct Metal Printing per la produzione di scambiatori di calore

Direct Metal Printing per la produzione di scambiatori di calore

agosto 17, 2016 in Novità, Casi studio

L’applicazione per la produzione dello scambiatore di calore ad opera della CEEE esemplifica l’importanza del DMP nella produzione snella per la creazione di bassi volumi, componenti metalliche ad alta complessità. Queste parti svolgono funzioni critiche in condizioni di continuo stress, dovute ad alta pressione, all’uso ripetuto e a temperature estreme.

 

L’Università del Maryland, Centro per l’Ingegneria Ambientale ed Energia (CEEE) riassume in due parole la sua ricerca per offrire approcci innovativi per la conversione di energia: “snella” e “verde”. Il CEEE sta lavorando con il laboratorio Oak Ridge National per sviluppare la prossima generazione di scambiatori termici miniaturizzati per applicazioni HVAC e di refrigerazione. Per questo progetto un solo tipo di produzione può soddisfare i requisiti di produzione snella e rispettosa dell’ambiente: la stampa 3D in metallo.

L’università e 3D Systems hanno lavorato insieme per aumentare del 20% l’efficienza di uno scambiatore di calore da 1kW riducendo peso e dimensioni. Il ciclo di produzione dello scambiatore di calore è stato ridotto da mesi a settimane.

 

Il processo di produzione con il Direct Metal Printing

 

Gli scambiatori di calore si trovano in tutto il mondo. Calore, aria fresca o refrigerazione sono necessità di tutti i giorni in cui uno scambiatore di calore è probabilmente coinvolto. Su scala globale, lo scambio termico costituisce un settore che vale miliardi di dollari e che tocca dai beni di consumo all’ingegneria automobilistica e aerospaziale.

 

Dalle ricerche del CEEE si è giunti alla progettazione di algoritmi automatizzati per la creazione di forme uniche per tubi ed alette utilizzati negli scambiatori di calore. L’obiettivo è quello di raggiungere una resistenza termica ottimale e minimizzare le dimensioni ed il peso degli scambiatori di calore. Ma questi design innovativi richiedono nuovi metodi di produzione, secondo Vikrant Aute, direttore del Consorzio di modellazione e ottimizzazione del CEEE.

 

“La maggior parte di questi design ottimizzati semplicemente non risultano producibili oggi“, dice Aute, “le piccole dimensioni delle caratteristiche sono troppo complesse tecnicamente e con spessori dei materiali estremamente sottili.”

 

Ed è qui che entrano in gioco le peculiarità uniche del direct metal printing. Con il DMP, la complessità non ha prezzo, non è una variabile che possa influire sul costo finale del prodotto. La stampante 3D ProX 320 di 3D Systems ha permesso al CEEE di creare prototipi dello scambiatore di calore non convenzionali, dalle forme variabili impossibili da produrre con le tecniche tradizionali.

 

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Un design migliore ed un’unica stampa

 

Il CEEE e 3D Systems hanno ottimizzato il design dello scambiatore di calore in modo che possa essere stampato come una singola parte, richiedendo solo minime operazioni di finitura. La produzione può essere completata in settimane anziché in mesi, consentendo al CEEE di testare con anticipo i diversi i design, anche durante lo stesso processo di ricerca.

“Con le tecnologie di fabbricazione convenzionali, l’assemblaggio si rivelava un’operazione minuziosa a bassissima affidabilità, dato che si tratta di perdite in condizioni di alta pressione,” afferma Aute, “con il Direct Metal Printing non è necessario alcun montaggio, poiché la parte è prodotta insieme, indipendentemente dalla complessità delle parti.”

 

Oltre alla capacità di gestire pezzi molto complessi senza alcun costo aggiuntivo, la ProX 320 offre anche altri significativi vantaggi che si inseriscono perfettamente nello scenario di produzione “snella” e “verde” del CEEE. I parametri di costruzione pre-impostati, sviluppati da 3D Systems sul risultato di quasi mezzo milione di stampe, garantiscono la ripetibilità della qualità di stampa per tutte le geometrie e materiali.

 

Per la produzione dello scambiatore di calore è stato scelto il titanio, per la sua mancanza di porosità e la sua capacità di offrire pareti estremamente sottili, ma molto resistenti. Inoltre, la piccola porzione di materiale non stampato può essere completamente riciclata, e questo porta non solo ad un risparmio di denaro, ma anche alla salvaguardia dell’ambiente.

 

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