W jaki sposób grzejniki PFA wytwarzane metodą addytywną umożliwiają stosowanie skomplikowanych, wysokotemperaturowych-wszystkich-fluoropolimerowych geometrii grzejników?

Tradycyjne standardowe grzejniki zanurzeniowe z PTFE są ograniczone do bardzo prostych konstrukcji wytłaczanych lub obrabianych maszynowo. PTFE nie może być zazwyczaj topiony ani przekształcany przy użyciu precyzyjnych technik dodatków, stąd geometria urządzeń grzewczych z fluoropolimeru od dawna składa się z prostych rur, giętych prętów i spawanych złączek. Pojawienie się-wysokotemperaturowego druku 3D z wykorzystaniem PFA zmienia te ograniczenia. Grzejnik może być wyprodukowany w postaci pojedynczego, bardzo organicznego i złożonego kształtu – żebrowanej konstrukcji grzewczej z wewnętrznymi kanałami przepływowymi, zintegrowanymi elementami montażowymi i powierzchniami kierującymi płyn, a wszystko to wydrukowane razem jako jedna chemicznie obojętna jednostka.

Technologia wytwarzania przyrostowego technologii złożonej geometrii grzejników PFA stwarza nowe możliwości dla systemów obróbki cieplnej charakteryzujących się odpornością na korozję, kompaktową instalacją i doskonałą dynamiką płynów.

Dlaczego PFA jest dobry do druku 3D
PFA (perfluoroalkoksyalkan) należy do rodziny fluoropolimerów, do której zalicza się również PTFE, jednak ma zupełnie inną przetwarzalność. W rzeczywistości PTFE nie topi się pod wpływem ogrzewania, ale zamiast tego spieka się. To sprawia, że ​​bardzo trudno jest zastosować go w tradycyjnych systemach druku 3D.

PFA tak nie wygląda.

Możliwość druku 3D poprzez obróbkę w stanie stopionym
PFA to rzeczywiście topliwy-materiał, który można przetwarzać, co oznacza, że ​​płynie po podgrzaniu i przewidywalnie wiąże po ochłodzeniu. Umożliwia to jego zastosowanie w najnowocześniejszych technikach wytwarzania przyrostowego, takich jak:

Wytwarzanie włókien topionych w wysokiej temperaturze (FFF)

Laserowa fuzja złoża proszkowego

Systemy wytłaczania, podgrzewane

Specjalistyczne platformy osadzania fluoropolimerów

W tych urządzeniach włókno lub proszek PFA jest osadzany warstwa po warstwie w ogrzewanej komorze w dokładnie regulowanych warunkach. Wyższa temperatura otoczenia pomaga zapewnić stabilność termiczną podczas drukowania, a także zmniejszone napięcie wewnętrzne w gotowej części.

Daje to w pełni solidną strukturę fluoropolimeru o wysokiej odporności chemicznej i gładkiej-nieprzywierającej powierzchni.

Jak produkcja przyrostowa zmienia konstrukcję grzejników
Grzejniki fluoropolimerowe starego typu składają się z kilku elementów:

Rury do wytłaczania

Złączki spawane

Kołnierze, obrobione maszynowo

Wspierane obligacjami

Każde połączenie zwiększa złożoność produkcji i problemy z uszczelnieniem.

W przypadku wytwarzania przyrostowego grzejnik jest drukowany, a nie budowany. Całe korpusy grzejników mogą być produkowane jako konstrukcje monolityczne o właściwościach, których nie można poddać obróbce mechanicznej lub które byłyby zbyt kosztowne w konwencjonalnej produkcji.

Możliwe są zaawansowane funkcje wewnętrzne
Jednym z najbardziej znaczących postępów w rozwoju kompleksowej geometrii grzejników PFA w procesie wytwarzania przyrostowego jest bezpośrednie utworzenie struktur wewnętrznych wewnątrz korpusu grzejnika, które zwiększają wydajność cieplną.

Zintegrowane kanały przepływu
Teraz można wydrukować wewnętrzne kanały w strukturze samego fluoropolimeru. Trasy te umożliwiają przepływ płynu przez grzejnik i wokół niego według precyzyjnie zaplanowanych wzorców.

Oto kilka przykładów:

Spiralne kanały przepływu

Żebra powodujące turbulencje

wir, komory

Ukierunkowane kanały recyrkulacyjne

Na przykład wydrążona spiralna osłona może kierować ciecz do kontrolowanego wiru, aby ułatwić mieszanie i zapobiec rozwarstwieniu termicznemu w zbiorniku.

Organiczne powierzchnie wymiany ciepła
złożone powierzchnie zewnętrzne można również wytwarzać bez dalszej obróbki.

Konstrukcje drukowane mogą zawierać gładkie cylindryczne rurki grzejne zamiast:

Użebrowane geometrie.

Tekstury jak natura

Strefy termiczne o różnej grubości

Wielokierunkowe-powierzchnie grzewcze

Charakterystyka zapewnia zwiększoną powierzchnię i lepszą wydajność wymiany ciepła przy jednoczesnym zachowaniu odporności chemicznej fluoropolimerów.

Monolityczna konstrukcja eliminująca uszczelnienia
Kolejną istotną zaletą wytwarzania przyrostowego jest możliwość włączenia elementów montażowych i konstrukcyjnych do drukowanego korpusu.

Drukowane kołnierze i wsporniki
Tradycyjne systemy fluoropolimerów często wymagają

Połączenia spawane lub

Złączki zaciskowe

Kołnierz połączony

Mocowania mechaniczne

Każdy interfejs może zapewniać możliwe ścieżki wycieków lub koncentracje naprężeń.

Drukowany korpus grzejnika, składający się z:

Zintegrowane kołnierze montażowe

Kanały do ​​prowadzenia kabli

Wejścia czujników

Żebra do usztywnienia konstrukcji

Charakterystyki te można wydrukować bezpośrednio na komponencie, co pozwala zminimalizować lub wyeliminować dodatkowe etapy montażu.

Ta monolityczna technika zapewnia poprawę zarówno ochrony chemicznej, jak i niezawodności mechanicznej.

Szybkie prototypowanie niestandardowych projektów zbiorników
Nieregularne kształty zbiorników są powszechne w niestandardowych systemach przetwarzania chemicznego, w których standardowe grzejniki nie są dobrze dopasowane.

Produkcja przyrostowa umożliwia szybkie opracowywanie projektów grzejników dostosowanych do:

Zbiornik, zakrzywiona ściana

Małe komory procesowe

Małe zbiorniki, chemikalia

Specjalistyczne mokre ławy do półprzewodników

Częstsze cykle iteracyjne
Tradycyjne oprzyrządowanie i obróbka fluoropolimerowa mogą wymagać długich terminów realizacji i kosztownych prac konfiguracyjnych. Produkcja przyrostowa radykalnie usuwa te bariery.

Modyfikacje projektu można wprowadzać w formacie cyfrowym i szybko drukować, bez konieczności:

Nowe umiera

Specjalne umiera.

Niestandardowe oprzyrządowanie do wytłaczania

Talent ten jest szczególnie przydatny w przypadku:

Systemy prototypowe

Narzędzia badawcze

Linie pilotażowe do produkcji

Narzędzia do małych partii-specjalistycznych środków chemicznych

Choć jest to wciąż dość niszowa technologia, stopniowo zwiększa się jej wykorzystanie w produkcji-najwyższej klasy sprzętu do przetwarzania fluoropolimerów.

Problemy z cyklami termicznymi i przyczepnością międzywarstwową
Produkcja przyrostowa fluoropolimerów oferuje korzyści, ale jest procesem wymagającym technicznie.

Klejenie międzywarstwowe ma kluczowe znaczenie
Drukowany element składa się z kilku nałożonych warstw i należy dokładnie kontrolować przyczepność warstw-do-warstw.

Słabe stopienie międzywarstw może prowadzić do:

De-laminowanie

Mikropęknięcia-

Zmniejszona tolerancja ciśnienia

Przedwczesny rozkład w wyniku cykli termicznych

Kontrola naprężeń termicznych jest szczególnie istotna ze względu na częste nagrzewanie i schładzanie występujące w trakcie eksploatacji.

Kontrolowane środowisko drukowania
Aby poprawić integralność strukturalną, wyrafinowane techniki drukowania PFA często wymagają:

Ogrzewane komory konstrukcyjne

Prawidłowo zarządzane szybkości chłodzenia

Podwyższone temperatury wytłaczania

Specjalne parametry osadzania

Właściwe zarządzanie temperaturą podczas drukowania sprzyja stopieniu warstw i minimalizuje wewnętrzne naprężenia szczątkowe.

Ograniczenia współczesnych grzejników PFA drukowanych w 3D
Technologia rozwija się szybko, ale nadal istnieją pewne praktyczne przeszkody uniemożliwiające szersze jej wdrożenie.

Budowa wielkości komory
Duże grzałki zanurzeniowe mogą być większe niż dzisiejsze wysokotemperaturowe urządzenia do druku fluoropolimerowego. Ogranicza to wielkość elementów monolitycznych, które można wytworzyć w jednym cyklu druku.

Koszt materiału
Surowiec PFA jest nadal kosztowny w porównaniu z typowymi polimerami konstrukcyjnymi. Do wytwarzania-filamentu i proszku fluoropolimerowego o wysokiej czystości wymagane jest zastosowanie unikalnych procedur produkcyjnych, co zwiększa koszt produkcji.

Zapotrzebowanie na specjalistyczny sprzęt
Do drukowania fluoropolimerów potrzebne są maszyny, które mogą pracować w bardzo wysokich temperaturach i bardzo precyzyjnie kontrolować atmosferę. Systemy te są nadal dość rzadkie i wymagają dużego kapitału.

Jednakże w miarę postępu dojrzałości przemysłowych technologii wytwarzania przyrostowego te trzy ograniczenia stopniowo ulegają poprawie.

Przyszłe zastosowania w korozyjnej obróbce termicznej
Omówiono przyszły potencjał wytwarzania przyrostowego w zakresie zrewolucjonizowania projektowania fluoropolimerowych systemów grzewczych.

Możliwe zmiany obejmują:

Samo-kierowane geometrie przepływu

Wbudowane-kanały czujników

Połączone wymienniki ciepła

Lekkie konstrukcje ogrzewane kratowo

Wielostrefowe-jednostki kontroli termicznej

W przyszłości grzejniki fluoropolimerowe można będzie projektować jako w pełni-zoptymalizowane-systemy termiczno-przepływowe dla określonego środowiska chemicznego, a nie po prostu jako pręty grzejne.

Zamotać
Grzejniki wykonane addytywnie z PFA zbliżają się do kluczowego punktu zwrotnego w ewolucji urządzeń do obróbki termicznej fluoropolimerów. Produkcja przyrostowa pokonuje wiele ograniczeń projektowych związanych z konwencjonalną obróbką i wytłaczaniem, umożliwiając tworzenie konstrukcji monolitycznych z wewnętrznymi kanałami, zintegrowanymi elementami montażowymi i wysoce zoptymalizowaną geometrią przepływu.

Technologia wytwarzania przyrostowego skomplikowanych geometrii grzejników PFA jest w toku i umożliwia przejście od prostych elementów odpornych na korozję do grzejników fluoropolimerowych do zaawansowanych urządzeń termicznych zaprojektowanych z myślą o precyzyjnej kontroli przepływu płynu i dystrybucji ciepła. Chociaż istnieją trudności związane z rozmiarem konstrukcji, kosztem surowca i złożonością procesu, postęp w wytwarzaniu przyrostowym w wysokiej temperaturze otwiera tę technikę do zastosowań przemysłowych.

Ostatecznie następna generacja korozyjnych systemów grzewczych może nie pochodzić z typowych centrów obróbkowych, ale z wysokotemperaturowych drukarek fluoropolimerowych, które umożliwiają uzyskanie geometrii, które wcześniej uważano za niewyobrażalne.