Keeruline kaarduv 3D-prinditud vorm, mis on mähitud tasase küttepadjaga, on tasakaal termilise kontakti ja geomeetrilise vabaduse vahel. Paljudel juhtudel antakse soojust ebaühtlaselt, kuna kütteseadet pole kunagi selle konkreetse kuju jaoks mõeldud. Tekkimas on uus trend, kus küttekeha ei lisata tagantjärele, vaid genereeritakse otse pinnale. Süsinik{5}}põhised juhtivad tindid võimaldavad trükkida küttekontuure otse keerukatele tööriistapindadele, toimides termilise kihina, mis sobib geomeetriaga korralikult.

Süsinikjuhtiva tindiga prinditud küttekehaga 3D-plaadi pinna kontseptsioon on eemaldumine diskreetsetest kütteseadmetest täielikult integreeritud pinnaga määratud soojussüsteemidele.


Alates jäikadest küttekehadest kuni trükitud termokihtideni
Traditsioonilised küttesüsteemid töötavad järgmiselt:

Silikoonist kummist matid

Integreeritud metallplokiga padrunsoojendid

Keraamilised või vilgukivist kütteplaadid

Metallist kestaga takistuselemendid

Need lahendused on tõhusad, kuid on põhiliselt tasapinnalised või geomeetria piiravad. Kumerate või ebakorrapäraste 3D-tööriistade puhul on termiline homogeensus rakenduses tavaliselt ohustatud.

Prinditud juhtivad tindid pakuvad alternatiivset viisi. Kütteelement on valmistatud otse kujundile, mitte ei sunni kuumust kujusse.

Kütteseade kuvatakse tööriistal kohe graafiliselt vooluringi diagrammina.

Kuidas süsinikku juhtiva tindi soojendajad töötavad
Süsinik{0}}põhinevad juhtivad tindid koosnevad tavaliselt:

Süsinik-nanotorud või grafeeni nanotrombotsüüdid

Polümeermaatrikssideaine

Sadestamise lahustisüsteem

Lisandid nakkumise ja kõvenemise reguleerimiseks

Need tindid kantakse aluspinnale, milles on:

Siiditrükk

Jet printimine

Pihustiga kaetud maskeerimismustrid

See ladestatakse ainena ja kõvastatakse mõõdukal temperatuuril, et luua õhukesesse polümeerkilesse põimitud pidev juhtiv võrk.

Kõvenemisel tekib elektriline takistusküte, kui vool liigub läbi trükitud mustri.

Elektrilised omadused
Tüüpilised jõudlusvahemikud on järgmised:

Lehttakistus: 10-100 Ω/□

Tööpinge: 12 kuni 48 V alalisvoolu süsteemid

Häälestatud võimsustiheduse mustri geomeetria

Regulaarne tindi pealekandmine ühtluse kontrollimiseks

Kuna nende takistus on suhteliselt kõrge (võrreldes metallidega), on need süsteemid sageli madala-pingega, mis suurendab tööohutust prototüüp- ja kompaktsetes tööriistakeskkondades.

3D-pindade konformne kuumutamine
Geomeetriline ühtlus on süsinikupõhiste trükitud kütteseadmete üks olulisemaid omadusi.

Trükitud tindikihte saab peale kanda erinevalt tasapinnalistest soojendusega mattidest:

Vormid, kumerad

Lisandite tootmise tööriistad

Komplekssed õõnsuse pinnad

Mittetasapinnaline plaadi geomeetria

See võimaldab täielikku soojusdisaini integreerimist, kusjuures kuumutamine järgib komponendi täpset kuju, mitte seda.

See tekitab õhukese homogeense soojuskihi, mis vähendab termilise liidese takistust.

Termilised ja mehaanilised eelised
Prinditud süsinik{0}}põhiste küttekehade funktsionaalsed eelised on järgmised:

Madal termiline mass
Trükitud kihil on tühine termiline inerts, kui paksus on tavaliselt kümneid mikronit. See võimaldab:

Kiire termiline reaktsioon

Kiired kütte- ja jahutustsüklid

Vähendatud energia salvestamise kaod

Väga hea geomeetriline kohanemisvõime
Kütteelement asetatakse otse pinnale, seega ei tekita välise kütteseadme paigaldamine mehaanilist ühenduspinget.

Võimalikud kaitsekatted
Kõvenemisel saab seda kaitsta nt PTFE kihiga, polümeerkattega, et:

Suurendage keemilist vastupidavust

Muutke hõõrdumisele vastupidavamaks

Säilitage rattasõidu ajal pinna terviklikkus

Peamised inseneriväljakutsed
Hiiglaslikust lubadusest hoolimata on süsiniktindiga kuumutustehnoloogia laiendamisel tööstussüsteemidesse olulisi tehnilisi takistusi.

Vastupidavuse ühtlus keeruliste geomeetriate vahel
Lehe ühtlast vastupidavust kõveral või ebatasasel pinnal võib olla keeruline järgmistel põhjustel:

Tindivoolu kõikumine

Kohalikud paksuse erinevused

Substraadi pinnaenergia varieerumine

Ebaühtlane{0}}takistus võib viia ebaühtlaste-kuumutusprofiilide tekkeni.

Adhesioon ja termilise tsükli stabiilsus
Pikaajaline töökindlus sõltub tugevast haardumisest:

Süsiniktindi kiht

Substraadi materjal (metall, polümeer, komposiit)

Kaitsev pealislaki kihid

Korduv kuumutustsükkel ilma mehaanilise ebakõla juhtimiseta võib põhjustada mikropragusid või delaminatsiooni.

Võimsuse skaleerimise piirangud
Trükitud süsinikkuumutid töötavad tavaliselt madalal pingel, seega kui soovite skaleerida tööstuslikule võimsusele, peate:

Suuremate juhtivate aladega mustrid

Ringahela arhitektuurid paralleelselt.

Hajutatud küttetsooni projekteerimine

See piirab selle otsest kasutamist suure võimsusega{0}}rakendustes, kuid see sobib spetsiaalsete tööriistade ja prototüüpide loomise olukordadeks.

Kuumtööriistade rakenduspotentsiaal
Tehnoloogia sobib eriti hästi:

Kuumutatud vormi kiire prototüüpimine

Lisanduvalt toodetud tööriistad sisseehitatud kütteelemendiga

Laboratoorsed seadmed (kohandatud)

Väikepartii tootmistööriistad

- Keerulised geomeetriad, millele standardsed kütteseadmed ei suuda vastata

See võimaldab teatud rakendustes trükkida soojust otse tööriista pinnale, vähendades oluliselt koostu keerukust.

Paindlikkus tootmises ja disainis
Prinditud küttesüsteemide puhul võib teil olla täiesti erinev disaini töövoog:

Digitaalselt välja töötatud soojusmuster

3D pinnatrükk

Kõvendatud funktsionaalseks vooluringiks

Testitud ja elektriliselt ühendatud

See strateegia vähendab sõltuvust eelvormitud küttekehade{0}}elementidest ja võimaldab soojuskonstruktsioonide kiiret iteratsiooni.

3.4 Tuleviku väljavaade
Prognooside kohaselt toob juhtivate tindi koostiste areng kaasa mitmeid arenguid:

Suurema juhtivusega grafeenikomposiidid

Kõrgendatud temperatuuriga kõrgendatud temperatuuriga polümeersideained

Mitmekihilised prinditud küttearhitektuurid

Integreeritud andur ja küttekihid

Robotsadestamine keerukatele 3D-pindadele automatiseerimise teel

Need edusammud võivad potentsiaalselt viia soojussüsteemide projekteerimise ja valmistamiseni, kasutades töövooge, mis on võrreldavad trükitud elektroonikas kasutatavatega.

Kokkuvõte
Süsinik{0}}põhised juhtivad tindid sillutavad teed otseprinditavatele küttesüsteemidele keeruliste 3D-plaadipindade jaoks. See süsinikku juhtiva tindi kuumuti trükkimise tehnika plaadi 3D-pinnale muudab eritellimusel soojendusega tööriistade loomise ja prototüüpide loomise viisi, mis võimaldab õhukesi, paindlikke ja digitaalselt määratletud termoahelaid.

Ühtsuse, vastupidavuse ja võimsuse skaleerimisega on endiselt probleeme, kuid see tehnika on ahvatlev samm kiire, geomeetriaga{0}}põhineva soojustehnika suunas. Selles uues paradigmas pole kütteelemendid enam eraldiseisvad komponendid, vaid pinna enda integreeritud omadused – võimalik, et kohandatud termotööriistade kasutamine on sama lihtne kui kujundusfaili printimine.

Järgmise põlvkonna köetavaid pindu ei pruugita ehitada, vaid trükkida kiht kihi haaval, nagu otse füüsilisse keskkonda tõmmatud vooluring.