L'énergie solaire à concentration (CSP) se distingue des autres sources d'énergie renouvelables en utilisant le stockage d'énergie thermique (TES) et les moteurs thermiques conventionnels pour répartir l'énergie à la demande. Cependant, afin d'atteindre un coût actualisé de l'énergie (LCOE) compétitif, les coûts du système CSP doivent être réduits.
Des études récentes de plusieurs surfaces minimales périodiques triples (TPMS) et surfaces nodales périodiques comme échangeurs de chaleur ont montré que les surfaces TPMS Schwarz-D ont d'excellentes propriétés de transfert de chaleur. les carbures, borures et composites de métaux de transition des groupes IV-VI sont les matériaux céramiques ultra-haute température (UHTC) les plus courants. Avant l'introduction de la fabrication additive, les dispositifs TPMS étaient difficiles à fabriquer.
Par rapport aux méthodes précédentes de fabrication de structures TPMS en céramique, la fabrication additive par jet d'adhésif se développe comme une méthode prometteuse et évolutive de formation de céramiques. L'impression par jet d'adhésif a été utilisée pour fabriquer des plaques d'échangeur de chaleur UHTC en combinaison avec une infiltration réactive, mais n'a pas été utilisée pour fabriquer des structures TPMS UHTC frittées à des densités relatives élevées. Les leçons tirées du frittage des nanomatériaux suggèrent qu'une faible densité brute lors du moulage n'est pas toujours un problème et qu'il est plus important d'obtenir une bonne uniformité.
Dans cette étude, les auteurs ont démontré la faisabilité de la fabrication additive par pulvérisation d'adhésif de structures UHTC-TPMS par frittage et impression de candidats vides. Des composants avec au moins 92% de densité relative théorique ont été créés, qui font également partie du TPMS.
La densité cible représente la transition de l'étape intermédiaire à l'étape finale du frittage, qui est nécessaire pour fritter les formes complexes proches du filet à pleine densité et supprimer la perméation des gaz à l'aide de la technique de frittage HIP. Le but de la partie TPMS de démonstration était de voir si les paramètres d'impression et de frittage obtenus à partir des éprouvettes étaient applicables à la géométrie complexe qui serait utilisée pour la conception de l'échangeur de chaleur.
L'équipe a imprimé des pièces TPMS cubiques de 9 cm 3 et les a frittées sans les déformer ni les casser. Les topologies de conception, les matériaux et les avancées de fabrication sont présentés pour obtenir les meilleures performances de leur catégorie dans les sels de chlorure fondus dans les échangeurs de chaleur CSP.
Les chercheurs discutent de l'utilisation d'une combinaison de fabrication additive par jet de liant et de frittage pour construire des cellules UHTC-TPMS basées sur ZrB2-MoSi2-. En raison de ses bonnes caractéristiques de traitement et de sa qualité, ZrB2-MoSi2 a été intentionnellement choisi comme candidat non valide pour démontrer la faisabilité d'un échangeur de chaleur UHTC-TPMS jusqu'à ce que le meilleur matériau UHTC pour cette application puisse être déterminé.
Il a été démontré que la fabrication additive par pulvérisation d'adhésif peut être utilisée pour imprimer et fritter des structures UHTC-TPMS. Afin de limiter efficacement la distorsion, il a été constaté qu'une stratégie de limitation de l'espace était nécessaire. Il a pu utiliser une charge d'alimentation en poudre conventionnelle avec un d50 d'environ 2-3 m, la même taille utilisée dans le traitement UHTC conventionnel. Ces matériaux sont frittés à une densité relative théorique de 92-98 %, ce qui est suffisant pour empêcher les fluides de l'échangeur de chaleur de traverser les parois, séparant les deux régions et permettant une pression isostatique thermique lorsque des densités plus élevées sont requises.