Концентрована сонячна енергія (CSP) відрізняється від інших відновлюваних джерел енергії використанням накопичувачів теплової енергії (TES) і звичайних теплових двигунів для розподілу енергії за потребою. Однак, щоб досягти конкурентоспроможної вирівняної вартості енергії (LCOE), витрати на систему CSP повинні бути зменшені.
Нещодавні дослідження кількох потрійних періодичних мінімальних поверхонь (TPMS) і періодичних вузлових поверхонь як теплообмінників показали, що поверхні Schwarz-D TPMS мають відмінні властивості теплопередачі. Карбіди, бориди та композити перехідних металів групи IV-VI є найпоширенішими ультрависокотемпературними керамічними (UHTC) матеріалами. До впровадження адитивного виробництва пристрої TPMS було важко виготовити.
У порівнянні з попередніми методами виготовлення керамічних структур TPMS, адгезійне струменеве адитивне виробництво розвивається як перспективний і масштабований метод формування кераміки. Адгезивний струменевий друк використовувався для виготовлення пластин теплообмінника UHTC у поєднанні з реактивною інфільтрацією, але не використовувався для виготовлення структур UHTC TPMS, спечених до високої відносної густини. Уроки, отримані під час спікання наноматеріалів, свідчать про те, що низька щільність сировини під час формування не завжди є проблемою і що досягнення хорошої однорідності важливіше.
У цьому дослідженні автори продемонстрували доцільність виробництва адгезивних спреїв для структур UHTC-TPMS шляхом спікання та друку порожніх кандидатів. Були створені компоненти з принаймні 92 відсотками теоретичної відносної щільності, які також є частиною TPMS.
Цільова щільність являє собою перехід від проміжної до кінцевої стадії спікання, яка необхідна для спікання складних майже чистих форм до повної щільності та придушення проникнення газу за допомогою технології спікання HIP. Мета демонстраційної частини TPMS полягала в тому, щоб побачити, чи параметри друку та спікання, отримані з тестових зразків, застосовні до складної геометрії, яка використовуватиметься для конструкції теплообмінника.
Команда надрукувала кубічні шматки TPMS розміром 9 см 3 і спекла їх, не деформуючи та не ламаючи. Розроблені топології, матеріали та вдосконалення у виготовленні представлені для досягнення найкращих у своєму класі характеристик у розплавлених хлоридних солях у теплообмінниках CSP.
Дослідники обговорюють використання комбінації виробництва сполучної струминної добавки та спікання для створення елементів UHTC-TPMS на основі ZrB2-MoSi2-. Завдяки хорошим технологічним характеристикам і якості ZrB2-MoSi2 було навмисно обрано як неприпустимий кандидат для демонстрації можливості використання теплообмінника UHTC-TPMS, поки не буде визначено найкращий матеріал UHTC для цього застосування.
Було показано, що виробництво добавок у розпилюваному адгезиві можна використовувати для друку та спікання структур UHTC-TPMS. Щоб ефективно обмежити спотворення, було виявлено, що потрібна стратегія обмеження простору. Він міг використовувати звичайну порошкову сировину з d50 приблизно 2-3 м, такий самий розмір, який використовується при звичайній обробці UHTC. Ці матеріали спекаються до теоретичної відносної щільності 92-98 відсотків, що є достатнім, щоб запобігти проходженню теплообмінної рідини крізь стінки, розділяючи дві області та створюючи термічний ізостатичний тиск, коли потрібна більша щільність.