A energia solar concentrada (CSP) se distingue de outras fontes de energia renováveis por usar armazenamento de energia térmica (TES) e motores de calor convencionais para despachar energia sob demanda. No entanto, para atingir um custo de energia nivelado competitivo (LCOE), os custos do sistema CSP devem ser reduzidos.
Estudos recentes de várias superfícies mínimas periódicas triplas (TPMS) e superfícies nodais periódicas como trocadores de calor mostraram que as superfícies Schwarz-D TPMS têm excelentes propriedades de transferência de calor. carbonetos, boretos e compósitos de metais de transição do grupo IV-VI são os materiais cerâmicos de ultra alta temperatura (UHTC) mais comuns. Antes da introdução da manufatura aditiva, os dispositivos TPMS eram difíceis de fabricar.
Em comparação com os métodos anteriores de fabricação de estruturas de cerâmica TPMS, a fabricação aditiva de jato adesivo está se desenvolvendo como um método promissor e escalável de formar cerâmica. A impressão a jato adesivo foi usada para fabricar placas de trocador de calor UHTC em combinação com infiltração reativa, mas não foi usada para fabricar estruturas UHTC TPMS sinterizadas para altas densidades relativas. As lições aprendidas com a sinterização de nanomateriais sugerem que a baixa densidade bruta durante a moldagem nem sempre é um problema e que alcançar uma boa uniformidade é mais importante.
Neste estudo, os autores demonstraram a viabilidade da fabricação aditiva de spray adesivo de estruturas UHTC-TPMS por sinterização e impressão de candidatos vazios. Foram criados componentes com pelo menos 92% de densidade relativa teórica, que também fazem parte do TPMS.
A densidade alvo representa a transição do estágio intermediário para o final da sinterização, o que é necessário para sinterizar formas quase líquidas complexas até a densidade total e suprimir a permeação de gás usando a técnica de sinterização HIP. O objetivo da parte de demonstração do TPMS era verificar se os parâmetros de impressão e sinterização obtidos das amostras de teste eram aplicáveis à geometria complexa que seria usada para o projeto do trocador de calor.
A equipe imprimiu peças TPMS cúbicas de 9 cm 3 e as sinterizou sem distorcê-las ou quebrá-las. Topologias de projeto, materiais e avanços de fabricação são apresentados para alcançar o melhor desempenho da categoria em sais de cloreto fundido em trocadores de calor CSP.
Os pesquisadores discutem o uso de uma combinação de fabricação aditiva de jato de ligação e sinterização para construir células UHTC-TPMS baseadas em ZrB2-MoSi2-. Por causa de suas boas características de processamento e qualidade, o ZrB2-MoSi2 foi intencionalmente escolhido como um candidato inválido para demonstrar a viabilidade de um trocador de calor UHTC-TPMS até que o melhor material UHTC para esta aplicação pudesse ser determinado.
Foi demonstrado que a fabricação aditiva de adesivo spray pode ser usada para imprimir e sinterizar estruturas UHTC-TPMS. Para limitar efetivamente a distorção, descobriu-se que era necessária uma estratégia de limitação de espaço. Ele foi capaz de usar matéria-prima em pó convencional com um d50 de aproximadamente 2-3 m, o mesmo tamanho usado no processamento UHTC convencional. Esses materiais são sinterizados a uma densidade relativa teórica de 92-98 por cento, o que é suficiente para evitar que os fluidos do trocador de calor passem pelas paredes, separando as duas regiões e permitindo a pressão isostática térmica quando densidades mais altas são necessárias.