تتميز الطاقة الشمسية المركزة (CSP) عن مصادر الطاقة المتجددة الأخرى باستخدام تخزين الطاقة الحرارية (TES) والمحركات الحرارية التقليدية لإرسال الطاقة عند الطلب. ومع ذلك ، من أجل تحقيق تكلفة تنافسية مستوية للطاقة (LCOE) ، يجب تقليل تكاليف نظام الطاقة الشمسية المركزة.
أظهرت الدراسات الحديثة للعديد من الأسطح الدنيا الثلاثية الدورية (TPMS) والأسطح العقدية الدورية كمبادلات حرارية أن أسطح Schwarz-D TPMS لها خصائص نقل حرارة ممتازة. المجموعة الرابعة إلى السادسة من الكربيدات المعدنية الانتقالية ، البوريدات والمركبات هي أكثر مواد السيراميك عالية الحرارة (UHTC) شيوعًا. قبل إدخال التصنيع الإضافي ، كان من الصعب تصنيع أجهزة TPMS.
مقارنة بالطرق السابقة لتصنيع هياكل TPMS الخزفية ، يتطور تصنيع المواد المضافة النفاثة اللاصقة كطريقة واعدة وقابلة للتطوير لتشكيل السيراميك. تم استخدام الطباعة النفاثة اللاصقة لتصنيع ألواح المبادل الحراري UHTC جنبًا إلى جنب مع التسلل التفاعلي ، ولكن لم يتم استخدامها لتصنيع هياكل UHTC TPMS الملبدة بكثافة نسبية عالية. تشير الدروس المستفادة من تلبيد المواد النانوية إلى أن كثافة الخام المنخفضة أثناء التشكيل ليست دائمًا مشكلة وأن تحقيق التوحيد الجيد هو أكثر أهمية.
في هذه الدراسة ، أظهر المؤلفون جدوى تصنيع المواد المضافة بالرش اللاصق لهياكل UHTC-TPMS عن طريق تلبيد وطباعة مرشحين فارغين. تم إنشاء مكونات ذات كثافة نسبية نظرية بنسبة 92 بالمائة على الأقل ، والتي تعد أيضًا جزءًا من TPMS.
تمثل الكثافة المستهدفة الانتقال من المرحلة المتوسطة إلى المرحلة النهائية من التلبيد ، وهو أمر ضروري لتلبيد الأشكال المعقدة القريبة من الشبكة إلى الكثافة الكاملة وقمع نفاذ الغاز باستخدام تقنية التلبيد HIP. كان الغرض من جزء TPMS التوضيحي هو معرفة ما إذا كانت معلمات الطباعة والتلبيد التي تم الحصول عليها من عينات الاختبار قابلة للتطبيق على الهندسة المعقدة التي سيتم استخدامها لتصميم المبادل الحراري.
قام الفريق بطباعة 9 سم 3 قطع TPMS مكعبة وتلبيدها دون تشويه أو كسر. يتم تقديم طوبولوجيا التصميم والمواد والتقدم في التصنيع لتحقيق أفضل أداء في فئتها في أملاح الكلوريد المنصهر في المبادلات الحرارية CSP.
ناقش الباحثون استخدام مزيج من تصنيع المواد المضافة النفاثة الموثقة والتلبيد لبناء خلايا ZrB 2- MoSi 2- UHTC-TPMS. نظرًا لخصائص المعالجة الجيدة وجودتها ، تم اختيار ZrB 2- MoSi2 عن قصد كمرشح غير صالح لإثبات جدوى مبادل حراري UHTC-TPMS حتى يمكن تحديد أفضل مادة UHTC لهذا التطبيق.
وقد تبين أن تصنيع المواد المضافة للرشاش اللاصق يمكن استخدامه لطباعة وتلبيد هياكل UHTC-TPMS. من أجل الحد من التشويه بشكل فعال ، وجد أن هناك حاجة إلى استراتيجية للحد من الفضاء. كان قادرًا على استخدام المواد الأولية للمسحوق التقليدي مع d50 تقريبًا 2-3 متر ، وهو نفس الحجم المستخدم في المعالجة التقليدية للحرارة الفائقة. يتم تلبيد هذه المواد بكثافة نسبية نظرية بنسبة 92-98 في المائة ، وهي كافية لمنع سوائل المبادل الحراري من المرور عبر الجدران ، وفصل المنطقتين والسماح بضغط التوازنات الحرارية عند الحاجة إلى كثافات أعلى.