一种基于4D打印制备智能热交换构件的方法技术

本发明专利技术涉及形状记忆合金4D打印技术领域，具体为一种基于4D打印制备智能热交换构件的方法。根据工业领域对智能化热交换复杂结构构件的需求，利用4D打印技术制备的换热构件开关阀随来流介质温度变化可改变形状的特性，实现热交换构件智能化自主控制，进而选择不同的主体换热流道。同时，4D打印技术还可以实现热交换主体流道的多孔结构可控制备，以及开关阀和主体换热流道的一体化成形，提升热交换构件对换热流体换热效率的智能化调控。本发明专利技术基于4D打印制备智能热交换构件的方法，可以实现换热构件开关阀的可控开闭，自主改变介质换热效率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于4D打印制备智能热交换构件的方法

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[0001]本专利技术涉及形状记忆合金4D打印
，具体为一种基于4D打印制备智能热交换构件的方法。

技术介绍
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[0002]随着材料科学及工程技术的不断发展，以及对航空航天装备高性能的需求，针对较高马赫数飞行的发动机对冷却空气系统、间冷回热系统、预冷系统等的来流介质温度高于发动机内其它部件材料所能承受的最高温度，导致发动机无法正常工作的问题，需要在发动机各系统内部配置对应的换热构件。常规换热构件无法根据来流介质温度改变形状，导致在所有来流温度下机构都处于不变状态，不能对环境做出自适应调节，使得换热效率低下。

技术实现思路
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[0003]本专利技术的目的是提供一种基于4D打印制备智能热交换构件的方法，实现热交换构件智能化自主控制，进而提升换热效率。
[0004]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]一种基于4D打印制备智能热交换构件的方法，具体过程为：
[0006](1)根据工业领域对换热构件智能化需求，使用三维设计软件设计热交换构件开关阀智能化变形前后的需求形状和结构，同时设计与开关阀结构相对应热交换构件主体多孔流道，实现高效换热需求；
[0007](2)利用4D打印专用软件根据换热构件的结构设计4D打印模型，使用4D打印的方式将设计的模型打印出来，该模型经过对应后处理实现智能化控制。
[0008]所述的基于4D打印制备智能热交换构件的方法，热交换构件开关阀根据流体温度的变化自主改变形状，高温时打开，低温时闭合。
[0009]所述的基于4D打印制备智能热交换构件的方法，热交换构件开关阀高温时流体通过对应热交换构件主体所有流道，此时换热效率较高。
[0010]所述的基于4D打印制备智能热交换构件的方法，热交换构件开关阀低温时流体通过对应热交换构件主体四周小直径单孔道流道，此时换热效率相对较低。
[0011]所述的基于4D打印制备智能热交换构件的方法，4D打印的方式是激光选区熔化或电子束选区熔化。
[0012]所述的基于4D打印制备智能热交换构件的方法，基于4D打印技术的优势，实现换热构件开关阀和主体换热结构的一体化成形。
[0013]所述的基于4D打印制备智能热交换构件的方法，4D打印的材料根据热交换温度的需求是低温Ti
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Ni合金、中温Ti
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Ni
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Hf合金或高温Ti
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Ni
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Pt合金。
[0014]本专利技术的设计思想是：
[0015]Ti
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Ni基形状记忆合金作为一种固态相变材料，具有良好的耐腐蚀性、超弹性或形
状记忆效应和高阻尼性，同时通过调节合金的成分构成，可以实现在室温到～700℃的相变温度变化。采用4D打印逐点扫描熔化，逐层扫描搭接及逐层扫描堆积的方式可以有选择性的熔化具有形状记忆效应的Ti
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Ni基合金粉末并再次冷却凝固成形为我们所需要的三维图形结构金属实体，实现复杂金属构件一体成型。利用4D打印技术制备的换热构件经后处理可以通过开关阀的形状改变来实现对来流介质温度的感知，进而选择不同的主体换热流道，智能化提升换热效率。
[0016]本专利技术方法从换热构件的智能化控制需求出发，结合航空航天发动机换热特性，设计模型，借助于4D打印逐点扫描熔化，逐层扫描搭接及逐层扫描堆积的方式有选择性的熔化模型设计区域的合金粉末实现设计模型的成功制备。选择具有不同成分的固态相变Ti
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Ni基合金进行4D打印制备，实现换热构件开关阀的可控开闭，提升换热效率。
[0017]本专利技术的优点及有益效果在于：
[0018]1、本专利技术基于4D打印制备智能热交换构件的方法，可以实现换热构件开关阀的可控开闭，自主改变介质换热效率。
[0019]2、本专利技术基于4D打印制备智能热交换构件的方法，可以实现换热构件主体流道的多孔结构可控制备，避免常规二次机械加工。
附图说明：
[0020]图1为换热构件开关阀示意图。
[0021]图2(a)
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(b)为不同角度的换热构件主体流道示意图。
具体实施方式：
[0022]在具体实施过程中，本专利技术根据航空航天发动机不同换热部位需求，及换热环境温度选择不同的Ti
‑
Ni基形状记忆合金材料，使用三维设计软件及4D打印专用软件设计4D打印模型；使用激光选区熔化或电子束选区熔化具有形状记忆效应的Ti
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Ni基合金粉末进行4D打印。
[0023]下面，通过实施例和附图对本专利技术进一步详细阐述。
[0024]实施例
[0025]本实施例中，基于4D打印制备智能热交换构件的方法，具体过程及结果如下：
[0026](1)根据工业领域对换热构件智能化需求，使用三维设计软件设计热交换构件开关阀智能化变形前后的需求形状和结构，同时设计与开关阀结构相对应热交换构件主体多孔流道，实现高效换热需求。
[0027](2)利用4D打印专用软件根据换热构件的结构设计4D打印模型，使用4D打印(激光选区熔化或电子束选区熔化)的方式将设计的模型打印出来，该模型经过对应后处理实现智能化控制。4D打印的材料根据热交换温度的需求可以是低温Ti
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Ni合金、中温Ti
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Ni
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Hf合金或高温Ti
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Ni
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Pt合金。
[0028]根据航空航天发动机不同换热部位需求，利用UG软件设计整体结构，开关阀结构如图1所示，换热构件主体流道如图2(a)
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(b)所示。当换热构件长度和直径一定时，改用如图2(a)
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(b)所示，高温(＞100℃)时开关阀打开，换热器所有流道比表面积为低温(≤100℃)时开关阀打开四周小直径流道比表面积的1.3倍以上，可以大幅度提升换热效率。基于
4D打印技术的优势，可以实现换热构件开关阀和主体换热结构的一体化成形。
[0029]实施例结果表明，本专利技术制备智能热交换构件，可以明显改善换热效率。热交换构件开关阀可根据流体温度的变化自主改变形状，高温时打开，低温时闭合。热交换构件开关阀高温时流体通过对应热交换构件主体所有流道，此时换热效率较高。热交换构件开关阀低温时流体通过对应热交换构件主体四周小直径单孔道流道，此时换热效率相对较低。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于4D打印制备智能热交换构件的方法，其特征在于，具体过程为：(1)根据工业领域对换热构件智能化需求，使用三维设计软件设计热交换构件开关阀智能化变形前后的需求形状和结构，同时设计与开关阀结构相对应热交换构件主体多孔流道，实现高效换热需求；(2)利用4D打印专用软件根据换热构件的结构设计4D打印模型，使用4D打印的方式将设计的模型打印出来，该模型经过对应后处理实现智能化控制。2.根据权利要求1所述的基于4D打印制备智能热交换构件的方法，其特征在于，热交换构件开关阀根据流体温度的变化自主改变形状，高温时打开，低温时闭合。3.根据权利要求1所述的基于4D打印制备智能热交换构件的方法，其特征在于，热交换构件开关阀高温时流体通过对应热交换构件主体所有流道，此时换热效率较高。4.根据权利要求1所述的基于4D打印制备智...

【专利技术属性】
技术研发人员：任德春，吉海宾，姜沐池，蔡雨升，雷家峰，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：