研究

科学家利用3D打印技术开发喷气燃料热交换器

研究人员RMIT大学澳大利亚的一名飞行员已经开发了一套下一代3D打印冷却设备,这可能是解决高超音速飞行最大问题之一的关键。

这种被称为3D打印的催化剂本质上是金属热交换器,表面包裹着一种叫做沸石的合成矿物质。它们的打印成本低,易于规模化,并使用喷气燃料作为冷却剂来控制周围环境的温度。研究小组认为,这一进展可能会解决高温应用(如高超音速飞行)中的过热问题。

该研究的首席研究员Selvakannan Periasamy博士说,“我们的实验室测试表明,我们开发的3D打印催化剂在未来的高超音速飞行中具有巨大的应用前景。它们功能强大、效率高,为航空及其他领域的热管理提供了一个令人振奋的潜在解决方案。随着进一步的开发,我们希望这一新一代超高效3D打印催化剂能够得到应用用于改造任何工业过程,过热是一个永远存在的挑战。”

一系列3D打印催化剂的实验设计。照片来自皇家墨尔本理工大学。
一系列3D打印催化剂的实验设计。照片来自皇家墨尔本理工大学。

温度控制的问题

高超音速飞行的定义是速度超过5马赫(音速的5倍),或6500公里每小时。以最大速度运行的高超音速飞机理论上可以在三小时内从欧洲飞到澳大利亚。不幸的是,只有少数实验飞机达到了5马赫,因为有几个工程上的挑战使它难以置信的困难。最大的障碍之一是保持飞机凉爽,因为以这样的速度飞行会产生极端的热量。

据该研究的合著者罗克珊·胡贝施(Roxanne Hubesch)说,将燃料重新用作冷却剂是解决过热问题最有希望的方法之一。

她补充说:“为飞机提供动力的燃料是科学家们关注的重点,但这一想法依赖于需要高效催化剂的吸热化学反应。”

由于高超声速飞行器部件的尺寸和质量限制,催化剂需要尽可能小。因此,该团队使用SLM 3D打印来制造热交换器,并在其表面涂上沸石,将其变成最终可用的催化剂。

作为NASA Hyper-X项目的一部分,X-43A高超音速研究飞行器在2004年达到9.6马赫以上的速度。通过NASA图像。
作为NASA Hyper-X项目的一部分,X-43A高超音速研究飞行器在2004年达到9.6马赫以上的速度。通过NASA图像。

小型化学反应器

那么催化剂实际上是如何工作的呢?当3D打印结构暴露在热环境中时,一些贱金属材料会进入沸石涂层。这就是吸热(吸热)的原因燃料在流经印刷结构的过程中发生反应,冷却过程中的环境。在实验室模拟温度和压力测试印刷催化剂的功能时,研究人员发现它们具有“前所未有的效率”。

Hubesch解释说:“我们的3D打印催化剂就像微型化学反应器,金属和合成矿物的混合让它们的效果难以置信。”。“这是催化的一个令人振奋的新方向,但我们需要更多的研究来充分了解这一过程,并确定能产生最大影响的金属合金的最佳组合。”

在未来的工作中,RMIT团队打算使用x射线同步加速器技术和其他先进的分析方法来优化3D打印催化剂。人们希望,这项技术的潜在应用可以扩展到车辆的空气污染控制和室内空气质量设备。

RMIT先进材料和工业化学中心主任Suresh Bhargava说,“第三代催化技术可以与3D打印技术相结合,创造出以前不可能实现的新的复杂设计。我们新的3D打印催化技术代表了一种全新的方法,具有彻底改变世界催化技术未来的真正潜力。”

这项研究的更多细节可以在题为3d打印开放式金属框架结构上的沸石:金属向沸石迁移促进了飞行器吸热燃料的催化裂化这本书由Suresh Bhargava、Roxanne Hubesch、Selvakannan Periasamy等人合著。

主动冷却:一个3D打印应用

3D打印技术的一个小众应用是主动冷却装置。就在上个月,一组美国研究人员使用3D打印技术创造了一种新颖的、高度可配置的技术具有可改变的热和电磁特性的超材料.这种超材料的可重构性使其具有多种功能,在微处理器、飞机和建筑的主动冷却方面具有潜在的应用前景。

其他地方,3D打印机制造商三维系统曾与欧洲核研究组织合作,欧洲核子研究所, 3D打印大型强子对撞机的冷却部件(LHC)。具体而言,合作伙伴使用DMP Flex 350 PBF系统打印了一套定制钛冷却棒,用于粒子检测实验——否则就无法制造组件。

订阅爱游戏备用网址3D打印行业通讯ayx体育彩票有关添加剂制造业的最新消息。您也可以通过关注我们的网站保持联系推特,喜欢我们吗脸谱网,并调谐到爱游戏备用网址3D打印行业YouTube频道

正在寻找增材制造的职业生涯?访问3 d打印工作来选择行业中的角色。

特色图片显示了一系列3D打印催化剂的实验设计。照片来自皇家墨尔本理工大学。