Концентрираната слънчева енергия (CSP) се отличава от другите възобновяеми енергийни източници с използването на съхранение на топлинна енергия (TES) и конвенционални топлинни двигатели за изпращане на енергия при поискване. Въпреки това, за да се постигне конкурентно изравнена цена на енергията (LCOE), разходите на CSP системата трябва да бъдат намалени.
Скорошни проучвания на няколко тройни периодични минимални повърхности (TPMS) и периодични възлови повърхности като топлообменници показаха, че повърхностите на Schwarz-D TPMS имат отлични свойства за пренос на топлина. Карбидите, боридите и композитите на преходните метали от група IV-VI са най-разпространените керамични (UHTC) материали с ултрависока температура. Преди въвеждането на адитивното производство, TPMS устройствата бяха трудни за производство.
В сравнение с предишните методи за производство на керамични TPMS структури, адитивното производство с адхезивна струя се развива като обещаващ и мащабируем метод за формиране на керамика. Адхезивният струен печат е използван за производството на UHTC топлообменни плочи в комбинация с реактивна инфилтрация, но не е използван за производството на UHTC TPMS структури, синтеровани до високи относителни плътности. Уроците, извлечени от синтероването на наноматериали, предполагат, че ниската сурова плътност по време на формоване не винаги е проблем и че постигането на добра еднородност е по-важно.
В това проучване авторите демонстрираха осъществимостта на производството на адитивна лепилна спрей на UHTC-TPMS структури чрез синтероване и отпечатване на празни кандидати. Бяха създадени компоненти с най-малко 92 процента теоретична относителна плътност, които също са част от TPMS.
Целевата плътност представлява прехода от междинния към крайния етап на синтероване, който е необходим за синтероване на сложни почти нетни форми до пълна плътност и потискане на проникването на газ с помощта на HIP техниката на синтероване. Целта на демонстрационната TPMS част беше да се види дали параметрите на печат и синтероване, получени от тестовите образци, са приложими към сложната геометрия, която ще се използва за дизайна на топлообменника.
Екипът отпечата 9 cm 3 кубични парчета TPMS и ги синтерова, без да ги деформира или счупи. Представени са топологии на дизайна, материали и напредък в производството, за да се постигне най-доброто в класа си представяне в разтопени хлоридни соли в CSP топлообменници.
Изследователите обсъждат използването на комбинация от производство на добавка за свързваща струя и синтероване за изграждане на ZrB2-MoSi2-базирани UHTC-TPMS клетки. Поради добрите си характеристики и качество на обработка, ZrB2-MoSi2 беше умишлено избран като невалиден кандидат, за да демонстрира осъществимостта на UHTC-TPMS топлообменник, докато не може да се определи най-добрият UHTC материал за това приложение.
Беше показано, че производството на адитивни лепилни спрейове може да се използва за отпечатване и синтероване на UHTC-TPMS структури. За да се ограничи ефективно изкривяването, беше установено, че е необходима стратегия за ограничаване на пространството. Той успя да използва конвенционална прахова суровина с d50 от приблизително 2-3 m, същият размер, използван при конвенционалната UHTC обработка. Тези материали се синтероват до теоретична относителна плътност от 92-98 процента, което е достатъчно, за да предотврати преминаването на топлообменните течности през стените, разделяйки двете области и позволявайки термично изостатично налягане, когато се изискват по-високи плътности.