Koncentrisana solarna energija (CSP) razlikuje se od drugih obnovljivih izvora energije korišćenjem skladištenja toplotne energije (TES) i konvencionalnih toplotnih motora za slanje energije na zahtev. Međutim, kako bi se postigla konkurentna nivelizirana cijena energije (LCOE), troškovi CSP sistema moraju biti smanjeni.
Nedavne studije nekoliko trostrukih periodičnih minimalnih površina (TPMS) i periodičnih čvornih površina kao izmjenjivača topline pokazale su da Schwarz-D TPMS površine imaju odlična svojstva prijenosa topline. grupa IV-VI karbidi, boridi i kompoziti prelaznih metala su najčešći keramički materijali na ultravisokim temperaturama (UHTC). Prije uvođenja aditivne proizvodnje, TPMS uređaje je bilo teško proizvesti.
U poređenju sa prethodnim metodama proizvodnje keramičkih TPMS struktura, aditivna proizvodnja adhezivnog mlaza razvija se kao obećavajuća i skalabilna metoda formiranja keramike. Adhezivna mlazna štampa je korišćena za proizvodnju UHTC ploča razmenjivača toplote u kombinaciji sa reaktivnom infiltracijom, ali nije korišćena za proizvodnju UHTC TPMS struktura sinterovanih na visoke relativne gustine. Lekcije naučene iz sinterovanja nanomaterijala ukazuju na to da niska gustoća sirove sirovine tokom oblikovanja nije uvijek problem i da je postizanje dobre uniformnosti važnije.
U ovoj studiji, autori su demonstrirali izvodljivost aditivne proizvodnje UHTC-TPMS struktura ljepljivom sprejom sinteriranjem i ispisom praznih kandidata. Stvorene su komponente sa najmanje 92 posto teorijske relativne gustine, koje su također dio TPMS-a.
Ciljna gustina predstavlja prijelaz iz srednjeg u završnu fazu sinterovanja, koja je neophodna za sinterovanje složenih oblika blizu mreže do pune gustine i suzbijanje prodiranja plina tehnikom sinteriranja HIP. Svrha demonstracionog TPMS dijela je bila da se vidi da li su parametri štampanja i sinterovanja dobijeni iz ispitnih uzoraka primjenjivi na složenu geometriju koja će se koristiti za dizajn izmjenjivača topline.
Tim je odštampao TPMS komade od 9 cm 3 kubnih i sinterovao ih bez izobličenja ili lomljenja. Predstavljene su topologije dizajna, materijali i napredak u proizvodnji kako bi se postigle najbolje performanse u klasi u rastopljenim hloridnim solima u CSP izmjenjivačima topline.
Istraživači raspravljaju o korištenju kombinacije aditivne proizvodnje veziva i sinterovanja za izgradnju UHTC-TPMS ćelija zasnovanih na ZrB2-MoSi2-u. Zbog svojih dobrih karakteristika obrade i kvaliteta, ZrB2-MoSi2 je namjerno izabran kao nevažeći kandidat da pokaže izvodljivost UHTC-TPMS izmjenjivača topline dok se ne odredi najbolji UHTC materijal za ovu primjenu.
Pokazalo se da se proizvodnja adhezivnih aditiva u spreju može koristiti za štampanje i sinterovanje UHTC-TPMS struktura. Kako bi se efikasno ograničila distorzija, utvrđeno je da je potrebna strategija ograničavanja prostora. Bio je u mogućnosti da koristi konvencionalnu praškastu sirovinu sa d50 od približno 2-3 m, iste veličine koja se koristi u konvencionalnoj UHTC obradi. Ovi materijali se sinteruju do teorijske relativne gustine od 92-98 procenata, što je dovoljno da spriječi prolazak fluida izmjenjivača topline kroz zidove, razdvajajući dvije regije i omogućavajući termički izostatički pritisak kada su potrebne veće gustine.