一种基于4D打印制备智能热交换构件的方法

：本发明涉及形状记忆合金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。

背景技术

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背景技术：

1、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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技术实现要素：

1、本发明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。

2、为了实现以上目的，本发明的技术方案是：

3、一种基于4d打印制备智能热交换构件的方法，具体过程为：

4、(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；

5、(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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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。

10、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。

11、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-ni合金、中温ti-ni-hf合金或高温ti-ni-pt合金。

12、本发明的设计思想是：

13、ti-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-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。

14、本发明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-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。

15、本发明的优点及有益效果在于：

16、1、本发明基于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。

17、2、本发明基于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。

技术特征：

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：

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打印制备智能热交换构件的方法，其特征在于，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。

5.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，4d打印的方式是激光选区熔化或电子束选区熔化。

6.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，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。

7.根据权利要求5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，4d打印的材料根据热交换温度的需求是低温ti-ni合金、中温ti-ni-hf合金或高温ti-ni-pt合金。

技术总结
本发明涉及形状记忆合金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。

技术研发人员：任德春,吉海宾,姜沐池,蔡雨升,雷家峰,杨锐
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15