CN113649596A - 一种基于3d打印的轴向电阻连续可控合金板及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿某一方向以连续变化的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿某一方向的电阻率连续变化。实现合金板根据设计需要，沿轴向方向的电阻率各段按一定的曲线连续变化，从而在模拟燃料组件使发热时，其沿轴向即可实现发热量的连续变化，模拟结果更加准确。

Description

一种基于3D打印的轴向电阻连续可控合金板及制备方法
技术领域
本发明涉及反应堆热工水力和工程热物理技术领域，具体涉及一种基于3D打印的轴向电阻连续可控合金板及制备方法。
背景技术
在某些研究型反应堆或换热器中，会用到板型燃料元件或板式换热器，针对这些结构开展热工水力实验中需要模拟其发热或冷却特征，一般会采用金属板来模拟燃料元件发热。但是由于板型燃料元件沿轴向方向的发热是不均匀的，而对于均匀厚度的金属平板而言其电阻沿长度方向是均匀的，因此采用现有的金属平板来模拟燃料元件的发热得到的结果是不准确的。故而需要改变金属板沿某一方向上的电阻，使其电阻沿需求方向按一定的要求变化实现不均匀发热，进而与板型燃料元件相应，得到准确的模拟发热效果。
基于此，提出本专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的金属板模拟燃料元件的发热性能不准确，目的在于提供一种基于3D打印的轴向电阻连续可控合金板及制备方法，解决了现有金属板由于在长度方向电阻均匀导致其无法模拟板型燃料元件在需求方向上的不均匀发热性能的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明的第一个目的是提供一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿某一方向以连续变化的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿某一方向的电阻率连续变化。
优选地，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿长度方向以连续变化的比例混合、在长度方向的同一截面上以相同的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿长度方向的电阻率连续变化、在垂直于长度方向的同一截面上的电阻率相等。
优选地，所述合金板使用电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合并采用3D打印得到。
优选地，所述金属粉末为不锈钢粉末，所述陶瓷粉末为ZrO2粉末。
优选地，所述不锈钢粉末为321不锈钢粉末。
本发明的第二个目的是提供一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板的制备方法，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿某一方向以连续变化的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿某一方向的电阻率连续变化。
优选地，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿长度方向以连续变化的比例混合、在长度方向的同一截面上以相同的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿长度方向的电阻率连续变化、在垂直于长度方向的同一截面上的电阻率相等。
优选地，所述合金板使用电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合打印得到。
优选地，所述金属粉末为不锈钢粉末，所述陶瓷粉末为ZrO2粉末。
优选地，所述3D打印包括如下步骤：
(1)将待打印的合金板模型切片、分层、导入到3D打印设备上；
(2)调试打印平台、设定打印参数；
(3)将按照一定比例混合好的混合粉末铺粉，使沿电阻率连续变化方向铺设的混合粉的混合比例沿此方向连续变化，使垂直于电阻率连续变化方向的同一截面上铺设的混合粉各处的混合比例相等，沿电阻率连续变化的方向进行扫描、打印，得到合金板。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例提供的一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，基于3D打印技术，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿轴向以连续变化的比例混合，实现合金板根据设计需要，沿轴向方向的电阻率各段按一定的曲线连续变化，从而在模拟燃料组件使发热时，其沿轴向即可实现发热量的连续变化，模拟结果准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板的混合粉末中各组分的比例设计图；
图2为本发明实施例提供的一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板沿长度方向的电阻变化图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如附图1：一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿某一方向以连续变化的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿某一方向的电阻率连续变化。
具体地，可以采用两种电阻率不同的金属粉末，或采用电阻率不同的两种陶瓷粉末，又或者采用电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末作为3D打印材料，并按照一定的、沿某一轴向方向以连续变化的比例进行混合并打印。具体地某一方向为按照需要、并根据打印零件的形状结构进行连续电阻变化的方向，以合金板为例，可以按照使用需要使合金板沿长度方向的电阻连续变化。当然也可以按照宽度、高度方向连续变化。
具体地，沿某一方向以连续变化的比例进行混合是指：混合粉末中的各组成粉末按照质量分数计的混合比例之和始终等于100％。如当在3D打印设备上铺粉时，在某处铺设的组成粉末A占比为100％、则与该铺粉范围内混合的组成粉末B的占比即为0％；当在3D打印设备上铺粉时，在某另一处铺设的组成粉末A占比为30％、则与此另一处铺粉范围内混合的组成粉末B的占比即为70％。依此类推，在沿电阻连续变化方向组成粉末A、组成粉末B按照连续变化的占比进行混合，如组成粉末A沿电阻连续变化方向在混合粉末中的占比按照质量分数连续性地增大直至100％，如从0％连续性地增大至10％、50％、80％、100％，对应地相同铺设方位内的组成粉末B沿电阻连续变化方向、在混合粉末中的占比连续性地降低直至0％，如从100％连续性地降低至90％、60％、40％、0％；或者组成粉末A沿电阻连续变化方向在混合粉末中的占比连续性地增大至100％再连续性地降低，对应地组成粉末B沿电阻连续变化方向在混合粉末中的占比连续性地降至0％再连续性地升高。
当混合粉末由三种、四种或者更多种组成粉末组成时，采用如上述相同的方式按比例混合。
采用上述设计和方法得到的合金板沿某一方向如轴向电阻连续变化，按一定曲线变化，在采用直流电使合金板发热时，其沿轴向实现发热量连续变化。模拟燃料组件的发热性能结果更加准确。
实施例2
在实施例1的基础上，一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿长度方向以连续变化的比例混合、在长度方向的同一截面上以相同的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿长度方向的电阻率连续变化、在垂直于长度方向的同一截面上的电阻率相等。
优选地，所述合金板使用电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合并采用3D打印得到。优选地，所述金属粉末为不锈钢粉末如321不锈钢粉末，所述陶瓷粉末为ZrO2粉末。
如附图1，本实施例提供的轴向电阻率连续可控的合金板，打印材料采用金属粉末A、陶瓷粉末B两种金属，具体地A为321不锈钢粉末、B为ZrO2粉末。将定义合金板的长度方向为Z方向、合金板的宽度方向为Y方向、合金板的高度方向为X方向，并建立相应的坐标轴，XY平面垂直于Z轴所在的平面。打印时沿Z轴方向打印，每个Z轴位置对应的XY平面铺设的混合粉末中A、B的比例相同，使合金板在每个Z轴对应的宽度方向、高度方向的各处位置电阻率相等，而不同Z轴位置对应的XY平面铺设的混合粉末的A、B比例根据设计需要设置。
如可以设置为连续变化。沿着Z轴方向，A、B两种粉末的比例连续变化。在坐标轴的原点位置处，陶瓷粉末B的比例为100％，随着Z轴方向陶瓷粉末B比例逐步降低，当B的比例为0后，随着Z轴方向陶瓷粉末B的比例又逐步增大。最终获得的合金板的电阻率沿Z轴方向的变化界于A、B的电阻率之间，且连续变化，如图2所示。
实施例3
一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板的制备方法，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿某一方向以连续变化的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿某一方向的电阻率连续变化。
优选地，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿长度方向以连续变化的比例混合、在长度方向的同一截面上以相同的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿长度方向的电阻率连续变化、在垂直于长度方向的同一截面上的电阻率相等。
所述合金板使用电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合打印得到。所述金属粉末为不锈钢粉末，所述陶瓷粉末为ZrO2粉末。
所述3D打印包括如下步骤：
(1)将待打印的合金板模型切片、分层、导入到3D打印设备上；
(2)调试打印平台、设定打印参数；
(3)将按照一定比例混合好的混合粉末铺粉，沿长度方向上铺设的混合粉末的各成分的混合比例连续变化，由宽度和高度方向形成的平面各处铺设的混合粉末各成分的混合比例相等，沿长度方向进行扫描、打印，得到合金板。
具体地，在本实施例中3D打印过程中未涉及的步骤、方法均为现有技术或采用现有技术可以实现，该过程中涉及到的参数均可根据实际需要进行设置，在此不进行详述。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，其特征在于，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿某一方向以连续变化的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿某一方向的电阻率连续变化。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，其特征在于，由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿长度方向以连续变化的比例混合、在长度方向的同一截面上以相同的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿长度方向的电阻率连续变化、在垂直于长度方向的同一截面上的电阻率相等。
3.根据权利要求1-2任一项所述的基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，其特征在于，所述合金板使用电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合并采用3D打印得到。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，其特征在于，所述金属粉末为不锈钢粉末，所述陶瓷粉末为ZrO2粉末。
5.根据权利要求1所述的基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板，其特征在于，所述不锈钢粉末为321不锈钢粉末。
6.一种基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板的制备方法，其特征在于：由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿某一方向以连续变化的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿某一方向的电阻率连续变化。
7.根据权利要求6所述的基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板的制备方法，其特征在于：由两种或多种电导率不同的金属粉末或陶瓷粉末沿长度方向以连续变化的比例混合、在长度方向的同一截面上以相同的比例混合并采用3D打印得到，使所述合金板沿长度方向的电阻率连续变化、在垂直于长度方向的同一截面上的电阻率相等。
8.根据权利要求6所述的基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板的制备方法，其特征在于：所述合金板使用电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合打印得到。
9.根据权利要求6所述的基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板的制备方法，其特征在于：所述金属粉末为不锈钢粉末，所述陶瓷粉末为ZrO2粉末。
10.根据权利要求7所述的基于3D打印的轴向电阻连续可控的合金板的制备方法，其特征在于所述3D打印包括如下步骤：
(1)将待打印的合金板模型切片、分层、导入到3D打印设备上；
(2)调试打印平台、设定打印参数；
(3)将按照一定比例混合好的混合粉末铺粉，使沿电阻率连续变化方向铺设的混合粉的混合比例沿此方向连续变化，使垂直于电阻率连续变化方向的同一截面上铺设的混合粉各处的混合比例相等，沿电阻率连续变化的方向进行扫描、打印，得到合金板。
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