KR20220013545A - 열전달을 위한 다중 재료 장치 및 제조 방법 - Google Patents

열전달을 위한 다중 재료 장치 및 제조 방법 Download PDF

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KR20220013545A
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스티븐 로날드 테일러
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Abstract

열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법 및, 다중 재료 장치가 개시되는데, 이것은 적층 제조 기술(additvie manufacturing technique)에 의하여 제 1 재료를 스캐폴드상에 증착하고; 첨가 제조 기술에 의하여 제 2 재료를 제 1 재료의 적어도 일부상에 증착하는; 것을 포함하고, 제 1 또는 제 2 재료중 하나는 제 1 열 전도성, 제 1 화학적 저항성 및 제 1 부식 저항성을 가진 열전달 재료이고, 다른 재료는 제 2 열전도성, 제 2 화학적 저항성 및 제 2 부식 저항성의 강인한 재료이어서, 제 2 열 전도성은 제 1 열전도성보다 낮고, 제 2 화학적 저항성 또는 제 2 부식 저항성중 적어도 하나는 개별의 제 1 화학적 저항성 또는 제 1 부식 저항성 보다 높다.

Description

열전달을 위한 다중 재료 장치 및 제조 방법
열 교환 요소는 전통적으로 구리와 같이 열전도율이 높거나 티타늄 또는 스테인리스 스틸과 같이 부식/침식 거동이 우사한 재료들로 만들어진다. 그러나, 이러한 금속들을 예로 들면, 스테인리스 스틸 또는 티타늄은 구리의 열전도율보다 열전도율이 훨씬 낮아서, 선택된 재료에 따라 성능의 특정의 특성들 절충되는 결과를 가져온다.
여러 응용 분야에서, 열교환 시스템의 일측에는 예를 들어 부식성 해수 또는 불량한 품질의 연소 생성물과 같은 것에 대한 부식 저항 또는 내마모성을 제공할 필요가 있는 반면에, 다른 측은 열을 이탈되게 운반하도록 열교환 유체에 접촉하는 구리와 같은, 우수한 열전도성의 재료로부터 이점을 얻을 수 있다.
고출력 LED 조명 모듈은 많은 열을 발생시키고, 안전하고 장기간 사용을 위하여, 효율적으로 냉각될 필요가 있다.
부식 또는 내마모성 개선을 위해 업계에서 일반적으로 사용하는 한 가지 방법은 티타늄 튜브를 브레이징된(brazed)/압축된 구리 핀(copper fin)과 결합하는 것이다.
다중 재료는 일반적으로 제조하기 어려운 것으로 간주된다. 예를 들어, 폭발 용접이 가능한 부품의 크기와 모양에서 폭발 용접(explosion welding)은 제한된다. 진공 브레이징은 진공 챔버 퍼니스(vacuum chamber furnace)의 크기에 의해 제한되며, 어떤 경우에도, 접합부로부터 누출이 발생될 수 있거나 또는 잔류 응력이 구축되어, 뒤틀림(warpage) 및 치수 부정확성을 유발할 수 있다.
또 다른 고려 사항은, 예를 들어 냉각을 위해 바닷물을 사용하는 원자력 발전소 및 다른 발전소와 같이, 열교환의 일측에 극도로 부식성이 있는 매체가 있는 경우에, 티타늄 튜브 열교환기들이 종종 사용된다는 것이다. 이러한 유형의 시스템에서 티타늄을 사용하려면, 필요한 압력을 견딜 수 있기에 충분히 두꺼운 튜브들이 제작될 필요가 있다. 이것은 튜브 제조에 사용되는 값비싼 티타늄의 비용을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 하나 이상의 단점을 제거하거나 완화하는 것이다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 열전달을 위한 다중 재료 장치를 제조하는 방법이 제공되며, 이것은
a) 적층 제조 기술(additive manufacturing technique)에 의해 스캐폴드(scaffold)에 제 1 재료를 증착하는 단계;
b) 적층 제조 기술에 의해 제 1 재료의 적어도 일부에 제 2 재료를 증착하는 단계;를 포함하고,
제 1 재료 또는 제 2 재료중 하나는 제 1 열전도성, 제 1 화학적 저항성 및 제 1 부식 저항성을 가진 열전달 재료이고, 제 1 재료 또는 제 2 재료중 다른 하나는 제 2 열전도성, 제 2 화학적 저항성 및 제 2 부식 저항성을 가진 강인한 재료(rugged material)이어서, 제 2 열전도성은 제 1 열전도성보다 낮고, 제 2 화학적 저항성 또는 제 2 부식 저항성중 적어도 하나는 각각의 제 1 화학적 저항성 또는 제 1 부식 저항성보다 높다.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 열전달을 위해 최적화된 다중 재료 장치가 제공되며, 이것은:
a) 스캐폴드에 적층 제조 기술에 의해 증착된 제1 재료; 및,
b) 적층 제조 기술에 의해 제 1 재료의 적어도 일부 상에 증착된 제 2 재료를 포함하고,
제 1 재료 또는 제 2 재료중 하나는 제 1 열전도성, 제 1 화학적 저항성 및 제 1 부식 저항성을 가진 열전달 재료이고, 제 1 재료 또는 제 2 재료중 다른 하나는 제 2 열전도성, 제 2 화학적 저항성 및 제 2 부식 저항성을 가진 강인한 재료(rugged material)이어서, 제 2 열전도성은 제 1 열전도성보다 낮고, 제 2 화학적 저항성 또는 제 2 부식 저항성중 적어도 하나는 각각의 제 1 화학적 저항성 또는 제 1 부식 저항성보다 높다.
본 발명의 제 3 양상에 따르면, 본 발명의 제 2 양상에 따른 다중 재료 장치를 포함하는 열교환기가 제공된다.
본 발명의 제 4 양상에 따르면, 본 발명의 제 3 양상에 따른 열교환기를 포함하는 LED 가 제공된다.
"강인한(rugged)" 재료는 "열전달" 재료보다 더 높은 화학적 저항성(chemical resistance) 및/또는 부식 저항성(erosion resistance)을 가진 재료를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 재료의 강인함(ruggedness)은 적어도 대응하는 열 전달 재료보다 화학 물질 또는 부식에 대하여 더 큰 저항성을 가지는 것이다. 마찬가지로, 강인한 재료의 열전도율(thermal conductivity)보다 높은 열전도율을 가진다면, 재료는 "열전달" 재료인 것으로 간주된다.
화학적 저항성은 화학적 공격이나 용매 반응(solvent reaction)에 대하여 보호하는 재료의 강도이다. 이 속성의 평가를 위해, 화학적 저항성 및/또는 호환성의 표를 사용할 수 있다. 예를 들어, Graco는 화학 물질과 재료의 호환성을 평가하는 "화학 물질 호환성 가이드"를 발행한다. 명백히, 이와 관련하여 화학적 저항성은 다중 재료 장치의 적용과 함께 고려되어야 한다. 예를 들어, 부식 가능성이 있는 매체가 해수인 경우, 해수에 대한 재료의 화학적 저항성이 가장 관련성이 있다.
부식 저항성(erosion resistance)은 마모에 대한 재료의 저항성이다. 잠재적으로, 유일한 인자(factor)는 아니지만, 재료의 경도는 부식 저항성의 지표(indicator)이다.
일 실시예에서, 적층 가공 기술 또는 각각의 적층 가공 기술은 CGDS(Cold Gas Dynamic Spraying), HVOF(High Velocity Oxygen Fuel) 열 스프레이, 플라즈마 강화 증착, 플라즈마 스프레이, 직접 에너지 증착, 레이저 클래딩 및 와이어 아크 적층 가공(Wire Arc Additive Manufacturing)과 같은, 카이네틱 스프레이 기술(Kinetic sparying technique)로부터 선택된다.
일 실시예에서, 제1 재료는 소망의 크기, 형상, 프로파일 및/또는 표면 마무리를 형성하기 위해 증착된 후 부분적으로 제거된다. 특히, 제 1 재료는 하나 이상의 차감 가공 방법(subtractive manufacturing method)을 겪는다. 적절한 차감 가공 기술에는 다음이 포함된다: 밀링; 화학적 에칭; 및/또는 선택적 용융이 포함된다.
일 실시예에서, 제 1 재료는 소정의 두께로 증착되며, 바람직하게는 10μ 내지 25mm 로 증착된다.
일 실시예에서, 열 전달 재료는 실질적으로 금속이고, 바람직하게는 구리, 알루미늄, 은 및/또는 금 중 하나 이상을 실질적으로 포함한다.
이 명세서의 맥락에서 금속은 철과 같은 화학 원소; 스테인리스 스틸과 같은 합금; 또는 질화황 중합체(polymeric sulphur nitride)와 같은 분자 화합물로 간주된다. 물론 공개된 목적에 적합한 금속만이 사용될 것이다.
일 실시예에서, 재료는 80 W/(m·K)(미터 켈빈당 와트)와 같거나 그보다 큰 열전도율을 가진다.
일 실시예에서, 제2 재료는 증착된 후에 부분적으로 제거된다. 특히, 제 2 재료는 소망의 크기, 형상, 프로파일 및/또는 표면 마무리를 형성하기 위해 차감 가공 방법(subtractive manufacturing method)을 겪는다. 적절한 차감 가공 기술은 기계 가공(machining); 밀링; 화학적 에칭; 및/또는 선택적 용융을 포함한다.
일 실시예에서, 제2 재료는 미리 결정된 두께로 증착되며, 바람직하게는 10㎛ 내지 25mm이다.
일 실시예에서, 강인한 재료(rugged material)는 실질적으로 금속이고, 바람직하게는 실질적으로: 티타늄, 티타늄 합금, 스테인리스 스틸, 니켈, 니켈 합금, 인바(니켈-철 합금), 니오븀, 니오븀 합금, 탄탈륨, 탄탈륨 합금, 금속 매트릭스 복합재(MMC) 및/또는 이종 재료(heterogeneous materials)들중 하나 또는 그 이상을 포함한다.
일 실시예에서, 제 1 및/또는 제2 재료를 증착하는 단계, 및 선택적으로, 만약 수행된다면, 제 1 및/또는 제 2 재료의 부분적 제거는 다중 재료 장치의 요건들을 충족시키도록 필요에 따라 반복되는데, 이것은 치수, 제 1 및/또는 제 2 재료 층들의 구성, 열적 특성 및/또는 중량을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 제 1 및/또는 제 2 재료를 증착하는 단계 후에, 다중 재료 장치는 열처리를 받을 수 있다.
일 실시예에서, 스캐폴드는 적어도 제 1 재료의 증착 후에 적어도 부분적으로 제거된다. 특히, 스캐폴드는 용융, 기계가공, 밀링 및/또는 화학적 에칭/제거를 포함하지만 이에 국한되지 않는 차감 가공 방법(subtractive manufacturing method)에 의해 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 제조 방법은 동일한 제조 단계에서 2 이상의 다중 재료 장치들을 생성하기 위해 제 1 및 제 2 재료들의 증착 전에 2 이상의 스캐폴드를 제공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 스캐폴드는 스캐폴드로부터 또는 서로로부터 5μm 이상 분리된다. 바람직하게는, 스캐폴드는 1mm 미만으로 스캐폴드로부터 또는 서로 분리된다.
본 발명이 보다 완전하게 이해될 수 있도록, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예 및 다른 요소들이 이제 예시로서만 설명될 것이다:
도 1 은 스캐폴드(scaffold)의 사시도를 도시한다.
도 2 는 실질적으로 실린더형 구조를 만드는 2 개의 스캐폴드를 맞댄 상태로 도시한다.
도 3 은 실린더형 스캐폴드를 도시한다.
도 4 는 홈(groove)들뿐만 아니라 미리 결정된 직경을 제공하기 위해, 증착되고 사후 기계 가공된 제 1 재료인 구리와 결합된 스캐폴드를 도시한다.
도 5 는 홈(groove)들뿐만 아니라 미리 결정된 직경을 제공하기 위해, 증착되고 사후 기계 가공된 제 1 재료인 구리를 가진 파이프 스캐폴드를 도시한다.
도 6 은 기계 가공된 제 1 재료인 구리의 위에 증착된 제 2 재료인 티타늄을 가지고, 미리 결정된 직경을 제공하도록 차후에 기계 가공된, 조합된 스캐폴드를 도시한다.
도 7 은 기계 가공된 구리인 제 1 재료의 상부에 티타늄인 제 2 재료를 가진 파이프 스캐폴드를 도시하며, 제 2 재료는 마무리 직경을 제공하도록 사후에 기계 가공됨으로써 제 1 재료가 그 영역들에 보인다.
도 8 은 제 1 재료 및 제 2 재료를 가진 도 6 의 2 개의 스캐폴드들중 하나를 도시한다.
도 9 는 PCB 장착을 위해 내부에 기계 가공된 홈이 있는, 도 6 의 2 개의 스캐폴드들중 하나를 도시한다.
도 10 은 PCB 와 필터가 있는 LED 조립체를 도시하되, 선형 LED 조명 기구로서 구성된 장착부 및 단부 캡(end caps)들은 배제된다.
도 11 은 기계 가공된 구리인 제 1 재료의 상부에 티타늄인 제 2 재료가 증착된 파이프 스캐폴드로서, 이 것은 추후에 기계 가공되며, 이러한 구성에서 구리는 마무리된 제품에서 티타늄에 의해 완전히 덮인다.
도 12 는 기계 가공된 구리인 제 1 재료의 상부에 티타늄인 제 2 재료가 스프레이된 파이프 스캐폴드의 절반 섹션으로서, 이 것은 추후에 기계 가공되며, 이러한 구성에서 구리는 마무리된 제품에서 티타늄에 의해 완전히 덮인다.
도 13 은 기계 가공된 티타늄인 제 1 재료의 상부에 구리인 제 2 재료를 가진 파이프를 도시하고, 이것은 추후에 기계 가공되며, 이러한 구성에서 티타늄은 마무리된 제품에서 구리에 의해 완전히 덮이고 스캐폴드는 제거된다.
도 14 는 도 13 의 파이프의 반단면도를 도시한다.
도 15 는 다중 재료 장치의 제조 방법의 흐름도를 도시한다.
다중 재료 장치의 제조 방법 및 그러한 다중 재료 장치가 본 발명에 따라 여기에서 설명된다. 구성 방법의 일 실시예는 구조물의 표면에 직접적으로 재료를 증착하도록, 전형적으로는 금속 코팅을 증착하도록, (간단히 "콜드 스프레이(cold spray)" 또는 CGDS 로 알려진) 콜드 개스 다이나믹 스프레이(cold gas dynamic spraying)의 사용을 포함한다. 다른 유형의 카니네틱 스프레이(kinetic spraying), (고속 산소 연료) 열 스프레이, 플라즈마 스프레이, 직접 에너지 증착, 와이어 아크 첨가제 제조 및 플라즈마 강화 증착(플라즈마)을 포함하는, 동일한 효과를 달성할 수 있는 다른 추가적인 제조 방법들이 사용될 수 있을지라도, 이들에 제한되지 않는다.
일반적으로 콜드 스프레이를 사용하면, 입자 형태의 물질(금속 및/또는 비금속)은 초음속 가스 제트에서 매우 빠른 속도로(일반적으로 1000m/s 이상) 가속되어 기판상으로 지향된다. 기판에 충격을 가하면, 입자들은 소성 변형을 겪고 기판 표면에 부착된다. 열 스프레이 기술과 다르게, 콜드 스프레이 방식을 이용하여 스프레이되는 재료는 스프레이 과정중에 용융되지 않는다. 프로세스가 상대적으로 낮은 온도에서 일어난다는 사실은, 코팅되는 표면 및 코팅/재료를 구성하는 입자들에 대한 열역학적, 열적 및/또는 화학적 효과가 감소될 수 있거나 또는 회피될 수 있게 한다. 이것은 입자들의 원래 구조 및 특성들이, 상 변형(phase transformation) 없이, 그리고 플라즈마, HVOF 또는 다른 열적 스프레이 프로세스들과 같은 고온 재료 증착/코팅 공정과 관련될 수 있는 다른 효과들이 없이, 보존될 수 있음을 의미한다. 콜드 스프레이의 기본 원리, 장치 및 방법론은 예를 들어 여기에 참조로 포함되는 US 5,302,414에 설명되어 있다.
본 발명의 방법에서, 적층 가공 기술(additive manufacturing technique)은 스캐폴드의 표면에 재료의 층을 증착하고 구축하는데 사용된다. 스캐폴드는 적어도 제조될 다중 재료 장치의 내부 표면의 의도된 형상을 반영하는 형상 및 구성을 가진 지지 부재이다. 이와 관련하여, 스캐폴드는 지지 부재 또는 골격으로 간주되고 지칭될 수 있다.
본 발명은 열 교환 구성 요소로서 사용되기에 적절한 다중 재료 장치에 관한 것이며, 특히 화학적 및/또는 물리적 침식에 저항성이 있는 열 교환 구성 요소로서 사용하기에 적합한 다중 재료 장치에 관한 것임이 쉽게 이해된다. 그러한 다중 재료 열 교환 장치의 예시적인 실시예는 도면과 관련하여 설명되지만, 다중 재료 장치는 더 광범위한 열교환 적용예를 가진다는 점이 이해되어야 한다.
도 1을 참조하면, 렌즈(예를 들어, 도 10의 렌즈(10)참조) 배치를 위해 통합된 렌즈 수용 부분 또는 리브(2)를 가진, 다중 재료 장치를 위한 스캐폴드의 등각 투영도가 도시되어 있다. 즉, 렌즈는 리브(2)들 사이의 부분에 삽입함으로써 스캐폴드(scaffold)에 보유될 수 있다.
도 2 를 참조하면 2 개의 스캐폴드(1, 3)들이 도시되어 있는데, 이들은 도 1 의 스캐폴드와 동일하고 서로 동일하며, 실린더형 스캐폴드를 효과적으로 만드는 방식으로 함께 장착되며, 이것은 인터페이스(15)에서 밀리미터의 일부 정도인 매우 작은 갭을 가지고, 바람직스럽게는 5 마이크로미터보다 큰 갭을 가지고, 더욱 바람직스럽게는 1 mm 보다 작은 갭을 가진다. 콜드 스프레이 증착 동안에, 또는 아래의 차후 단계들에서 설명되는 적층 가공 기술에 기반한 다른 스프레이 동안에, 증착은 미리 결정된 갭(gap) 때문에 스캐폴드(1, 3) 사이의 인터페이스에서 불연속적이도록, 갭이 바람직스럽게 결정된다는 점을 주목하는 것이 중요하다. 따라서, 적층 가공 증착 기술에서 2 개의 절반부들을 하나의 대상물인 것처럼 제조함으로써 증착물의 제거 단계를 뺄 수 있는데, 증착물의 제거 단계는 차감 제조 방법(substractive manufacturing method)에 의한 것과 같은 것으로서, 이러한 예에서는 분리된 2 개 절반부들 각각에서 기계 가공하는 것이다. 편의를 위해, 스프레이 및 기계 가공을 위해 2 개의 절반부들을 함께 유지하는데 사용되는 고정 및 클램핑 메커니즘은 도시되지 않는다. 명백하게, 이러한 실시예의 양상은 여기에 개시된 그 어떤 다른 실시예에도 적용 가능하다.
이제 도 3 을 참조하면, 단일 실린더형 물체가 제조될 필요가 있을 때 사용하기 위한 다중 재료 장치용 단일 부재 실린더형 스캐폴드(4)가 도시되어 있다.
이제 도 4 를 참조하면, 예를 들어 구리이고, 열 전달 재료인 제 1 재료(40)는 적층 가공 프로세스에 의해 도 2 에 설명된 바와 같이 스캐폴드(1,3)의 2 개 절반부들상에 증착되었다. 재료(40)를 소망의 두께로 증착한 후에, 재료(40)는 기계 가공과 같은 차감 제조 방법(subtractive manufacturing method)을 거쳐 복수의 요부(5)를 생성한다. 재료(40)는 스캐폴드(1,3) 사이의 갭(15)으로 인해 갭(16)에서 분리된 2 부분으로 되어 있다.
적층 가공 공정에 의한 증착 단계는 도면에 도시되어 있지 않지만, (여기에 개시되지 않은 그 어떤 실시예를 위해서라도) 임의의 적절한 적층 가공 공정이 사용될 수 있음이 예상된다. 적층 가공 공정은 바람직하게는 스프레이 기반 공정이고, 더욱 바람직하게는 콜드 스프레이(cold spray)이다. 만약 다중 재료 장치가 그러한 공정을 겪는다면, 기계 가공 또는 다른 차감 제조 방법을 허용하도록 스캐폴드는 충분한 재료가 증착될 것임을 이해해야 한다.
이제 도 5 를 참조하면, 도 4 의 실린더형 스캐폴드는 제 1 재료(6)와 함께 도시되어 있으며, 이것은 예를 들어 구리와 같은 열 전달 재료이며, 이러한 예에서는 스프레이 후에 차감의 제조 방법인, 기계 가공을 겪는다. 그렇지 않으면, 재료 및 기계 가공은 도 4와 관련하여 개시된 것과 동일한 방식으로 제조된다.
이제 도 6 을 참조하면, (스캐폴드(1,3)에 대응하는) 다중 재료 장치(60, 62)들이 도시되어 있으며, 여기에서는 강인한 재료(rugged material)인 제2 재료(7)가, 예를 들어 티나늄이, 적절한 적층 가공 기술에 의해 증착되고, 차후에 차감 제조 방법(subtractive manufacturing method)을 겪게 되는데, 이러한 예에서는 기계 가공을 겪는다. 이해될 수 있는 바로서, 요부(5)들이 채워지고(도 4 에 도시됨) 제 1 재료(40)가 일부 영역에서 노출되도록 기계 가공은 제2 재료(7)를 뒤로 가져간다. 이해되는 바와 같이, 적층 가공 기술은 다중 재료 장치의 외부 표면 전체에 적용될 수 있으며, 소망된다면 제1 재료(5)를 완전히 덮고, 선택적으로는 기계 가공된 후면을 덮어서, 예를 들어 침식에 대한 우수한 저항성을 유지하면서, 열 소산 특성들을 향상시킨다.
이러한 실시예에서, 제1 재료(40)의 증착 후에 가공되는 요부(5)로 인해, 제 2 재료(7)의 증착은 요부(5)를 채우고, 후속의 기계 가공은 "랜드(land)"에서, 또는 제2 재료(7) 사이의 영역에서, 제1 재료(40)를 노출시킨다. 여기에 도시되지 않았지만 아래의 실시예에서 논의되는 대안의 실시예에서, 제1 재료(40)는 도 4에 도시된 프로파일을 유지하면서 제 2 재료(7) 아래에 숨겨진 채로 유지된다. 도 4 와 관련하여 설명되는 바와 같이, 2 개의 다중 재료 장치(60, 62)는 갭(17)에서 분리된다.
도 7 을 참조하면, 도 5 로부터의 제조 과정의 다음 단계가 도시되어 있으며, 2 개의 절반 원 다수 재료 장치(60, 62)와 관련하여 도 6 에서 설명된 바와 동일한 단계들을 이용하여 다중 재료 장치(70)를 제공하는데, 강인한 재료(rugged material)인 제 2 재료(8)가 장치(70)상에 증착된다.
이제 도 8 을 참조하면, 다중 재료 장치(62)는 이제 제 1 및 제 2 재료의 증착 및, 이러한 예에서 기계 가공인 개별의 차감 제조 방법이 수행되고 완료된 상태로 도시되어 있다. 도 9 에서, 홈(9)은 다중 재료 장치(62)의 내부 표면상에 기계 가공되어, LED를 유지하는 PCB 의 장착을 위한 평평한 영역을 제공한다. 도 10에서, LED 모듈 형태의 다중 재료 장치(62)가 완성된 것으로 도시되어 있다. 인쇄 회로 기판(PCB)(11)은 다수의 LED 패키지(12)를 유지하고, 스캐폴드(3)에 일체형으로 제공된 리브(2)에 삽입된 필터/렌즈(10)에 의해 환경 보호 및/또는 광 비임 성형(light beam shaping)이 제공된다. 위에서 설명된 바와 같이, 이러한 예에서 티타늄인 제 2 재료는, 이러한 예에서 구리인 제 1 재료의 일부가 노출되게 둠으로써, 제 1 재료의 링들 사이에 이격된 제 2 재료에 의해 충격에 대한 기계적 보호를 제공하면서 열적 성능을 향상시키고, 추가적으로, 최종 제품에 미감의 향상을 제공하여 시장성을 향상시킨다.
이제 도 11 및, 상기 도 11 의 단면도인 도 12 를 참조하면, 다중 재료 디바이스(14)가 도시되어 있는데, 이것은 다중 재료 장치(70)와 동일하지만, 이러한 예에서 티타늄인, 강인한 재료(rugged material)의 제 2 재료(13)가 이러한 예에서 구리인 제 1 재료를 완전히 덮어서, 내화학적 보호 수준을 향상시키고, 견고성(내식성) 수준을 향상시킨다.
도 13 및 도 14는 다중 재료 장치(70)와 동일한 방식으로 제조되지만, 제 1 재료(19)는 강인한 재료(rugged material)이고 제 2 재료(18)는 열 전달 재료이며, 스캐폴드(4)는 제거되어 있는, 다중 재료 장치(130)의 실시예를 도시한다. 스캐폴드(4)를 제거하는 프로세스는 기계적, 화학적일 수 있거나, 또는 제어된 분위기에서 증발시키거나 또는 밖으로 유동시키는 방식일 수 있다. 이러한 예에서, 다중 재료 장치(130)는 파이프 유형 제품으로서 특히 유용한데, 여기에서는 다중 재료 장치(130) 내부의 강인한 재료(rugged material, 19)가 부식성 액체, 증기 또는 가스에 노출된다. 예를 들어, 해수는 다중 재료 장치(70)의 내부를 통해 흐를 수 있으며, 제 1 재료(19)는 해수의 화학적 작용에 더 저항성이 있고 제 2 재료(18)는 다중 재료 장치(70)의 외부와 접촉하는 유체로부터 해수로의 열 전달을 향상시킨다.
이제 도 15 를 참조하면, 이러한 예에서 스프레이에 의한 금속 재료의 증착을 포함하는, 다중 재료 장치를 구성하기 위한 흐름도 또는 전형적인 적층 가공 프로세스(150)가 도시되어 있다. 우선, 스캐폴드가 준비되는데 (단계 152), 이것은 3D 프린팅 또는 임의의 적절한 방식으로 제조된 지지체를 포함하며, 상기 지지체는 전형적으로 최종 제품의 강도에 현저하게 기여하지 않지만 쉽게 제조될 수 있는 재료로 구성된다. 또한, 스캐폴드 재료는 차감 제조 방법에서 최종 제품으로부터 쉽게 제거될 수 있도록 스캐폴드 재료가 선택될 수 있는데, 예를 들어 화학적 제거 또는 기계 가공에 의해 쉽게 제거되도록 선택된다.
단계(154)는 스캐폴드상에 제 1 재료를 증착하는 것을 포함한다. 증착은 임의의 적절한 적층 가공 기술에 의해 수행될 수 있지만, 바람직한 방법은 스프레이 기술이고, 가장 바람직하게는 냉간 스프레이(cold spray)이다.
단계(156)는 제 1 재료의 소망 두께가 달성되었는지를 점검한다. 그렇지 않다면, 단계(154)에서 제 1 재료의 추가 증착이 수행된다. 만약 두께가 충분하다면, 선택 단계(158)가 수행될 수 있으며, 여기서 제 1 재료는 차감 가공 방법을 겪게 되며, 이것은 본 예에서 기계가공이다. 제 1 재료가 특정 위치에서 상이한 두께를 가질 필요가 있는지 또는 특정 표면 마무리가 필요한지 여부에 대한 단계(158)가 수행된다. 기계 가공 후에, 다시 선택적으로, 다중 재료 장치는 단계(160)에서 세척된다.
이 시점에서, 장치는 단계(162)에서 제 2 재료의 증착을 겪는다. 다시, 증착은 그 어떤 적절한 적층 가공 기술에 의해 수행될 수 있지만, 바람직한 방법은 스프레이 기술이며, 가장 바람직하게는 냉간 스프레이에 의한 것이다.
제 1 재료와 동일한 방식으로, 단계(164)는 제 2 재료의 원하는 두께가 달성되었는지 점검한다. 만약 그렇지 않다면, 선택적으로, 제 2 재료는 선택적으로 단계(160)에서 세정되기 전에 단계(158)에서 추가로 기계 가공 될 수 있고, 다음에 단계(162)에서 제 2 재료가 추가로 증착이 이루어진다.
만약 두께가 충분하다면, 이러한 예에서, 스캐폴드는 단계(166)에서 제거되고 장치는 단계(168)에서 열처리를 받는다.
이러한 스테이지(stage)에서 모든 다른 단계들은 선택적이지만, 이러한 예에서, 단계(170)에서 추가 재료가 증착된다. 이러한 추가 재료는 제 1 또는 제 2 재료 중 하나일 수 있거나, 또는 완전히 상이한 재료일 수 있다. 단계(172)에서 추가 재료는 감산 제조 방법(substractive manufacturing method)을 겪게 되는데, 이것은 이러한 예에서 기계 가공이고 단계(174)에서 세정된다. 단계(176)에서 소망의 두께가 달성되었는지를 점검하고, 만약 그렇지 않다면, 프로세스는 단계(170)로 되돌아간다. 만약 두께가 충분하면, 다중 재료 장치는 마무리되었다.
본 명세서에서, 제 1 및 제 2, 좌측 및 우측, 상부 및 저부 등과 같은 형용사는, 실제 그러한 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 시사하지 않으면서, 하나의 요소 또는 작용을 다른 요소 또는 작용과 구분하기 위해 단독으로 사용될 수 있다. 문맥이 허용하는 경우, 정수 또는 구성요소 또는 단계(또는 이와 유사한 것)에 대한 참조는 정수, 구성요소 또는 단계 중 오직 하나에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 오히려 상기 정수, 구성 요소 또는 단계 중 하나 이상이 될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 대한 상기 설명은 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명의 목적으로 제공된다. 본 발명은 단일의 개시된 실시예에 제한되거나 또는 망라되도록 의도되지 않는다. 위에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 대한 수많은 대안 및 변형은 상기 교시된 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 일부 대안의 실시예들이 상세하게 설명되었지만, 다른 실시예들은 당업자에게 명백하거나 당업자가 비교적 용이하게 개발할 것이다. 본 발명은 여기에서 설명되었던 본 발명의 모든 대안, 수정 및 변형과, 상기 설명된 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 다른 실시예들을 포괄하도록 의도된다.
본 명세서에서, '포함하는', '포함하고 있는', '구비하는', '구비하고 있는', 또는 유사한 용어들은 배타적이지 않은 포함을 의미하도록 의도됨으로써, 요소들의 목록을 포함하는 방법, 시스템 또는 장치는 이들 요소들만을 포함하지 않으며, 열거되지 않은 다른 요소들도 포함할 수 있다.
2. 리브 1. 3. 스캐폴드
15. 인터페이스 4.스캐폴드

Claims (14)

  1. 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법으로서,
    a) (a) 적층 가공 기술(an additive manufacturing technique)에 의해 스캐폴드에 제1 재료를 증착하는 단계;
    b) (b) 적층 가공 기술에 의해, 제1 재료의 적어도 일부에 제2 재료를 증착하는 단계;를 포함하고,
    제 1 재료 또는 제 2 재료중 하나는 제 1 열전도성, 제 1 화학적 저항성 및 제 1 부식 저항성을 가진 열전달 재료이고, 제 1 재료 또는 제 2 재료중 다른 하나는 제 2 열전도성, 제 2 화학적 저항성 및 제 2 부식 저항성을 가진 강인한 재료(rugged material)이어서, 제 2 열전도성은 제 1 열전도성보다 낮고, 제 2 화학적 저항성 또는 제 2 부식 저항성중 적어도 하나는 각각의 제 1 화학적 저항성 또는 제 1 부식 저항성보다 높은, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 적층 가공 기술 또는 각각의 적층 제조 기술은: CGDS(Cold Gas Dynamic Spraying(콜드 개스 다이내믹 스프레이)), HVOF(High Velocity Oxygen Fuel) 열 스프레이, 플라즈마 스프레이, 직접 에너지 증착, 와이어 아크 적층 제조(Wire Arc Additive Manufacturing) 및 플라즈마 강화 증착을 포함하는 카이네틱 스프레이 기술(Kinetic spraying techniques)로부터 선택되는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 재료는, 소망의 크기, 형상, 프로파일 및/또는 표면 마무리을 형성하기 위해 증착된 후에 부분적으로 제거되는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 재료는 미리 결정된 두께로 증착되고, 바람직하게는 10μ 내지 25mm로 증착되는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전달 재료는 실질적으로 금속이고, 바람직하게는 실질적으로 구리, 알루미늄, 은 및/또는 금 중 하나 이상을 포함하는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법..
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 재료는 증착된 후에 부분적으로 제거되어 소망의 크기, 형상, 프로파일 및/또는 표면 마감을 형성하는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 재료는 미리 결정된 두께로 증착되고, 바람직하게는 10㎛ 내지 25mm 로 증착되는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 강인한 재료는 실질적으로 금속이고, 바람직하게는 실질적으로: 티타늄, 티타늄 합금, 스테인리스, 니켈, 니켈 합금, 인바(니켈- 철 합금), 니오븀, 니오븀 합금, 탄탈륨, 탄탈륨 합금, 금속 매트릭스 복합재(MMC) 및/또는 이종 재료들(heterogeneous materials) 중 하나 이상을 포함하는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 재료 및/또는 제2 재료를 증착하는 단계 및, 선택적으로는, 만약 수행된다면, 제 1 재료 및/또는 제 2 재료의 부분적 제거는, 다중 재료 장치의 요건들을 충족시키도록 필요에 따라 반복되고, 상기 요건들은 치수들, 제 1 재료 및 제 2 재료 층들의 구성, 열적 특성들 및/또는 중량을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 재료 및/또는 제 2 재료를 증착하는 단계 이후에 다중 재료 장치는 열처리를 받을 수 있는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 제 1 재료의 증착 이후에 스캐폴드는 적어도 부분적으로 제거되고, 바람직하게는, 스캐폴드는 용융, 기계 가공 및/또는 화학적 에칭/제거를 포함하는 차감 제조 방법에 의해 제거되지만 그에 제한되지 않는, 열전달을 위한 다중 재료 장치의 제조 방법. .
  12. 열전달에 최적화된 다중 재료 장치로서:
    a) 스캐폴드에 적층 가공 기술(additive manufacturing technique)에 의해 증착된 제1 재료;
    b) 제 1 재료의 적어도 일부에 적층 제조 기술에 의해 증착된 제 2 재료;를 포함하고,
    제 1 재료 또는 제 2 재료중 하나는 제 1 열전도성, 제 1 화학적 저항성 및 제 1 부식 저항성을 가진 열전달 재료이고, 제 1 재료 또는 제 2 재료중 다른 하나는 제 2 열전도성, 제 2 화학적 저항성 및 제 2 부식 저항성을 가진 강인한 재료(rugged material)이어서,
    제 2 열전도성은 제 1 열전도성보다 낮고, 제 2 화학적 저항성 또는 제 2 부식 저항성중 적어도 하나는 각각의 제 1 화학적 저항성 또는 제 1 부식 저항성보다 높은, 열전달에 최적화된 다중 재료 장치.
  13. 제 12 항에 따른 다중 재료 장치를 포함하는, 열교환기.
  14. 제 13 항에 따른 열교환기를 포함하는, LED.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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NL1043845B1 (en) * 2020-11-16 2022-06-30 Wang Xu A row type heat pipe temperature conducting device
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001141389A (ja) * 1999-11-11 2001-05-25 Zexel Valeo Climate Control Corp 熱交換器
US20060093736A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Derek Raybould Aluminum articles with wear-resistant coatings and methods for applying the coatings onto the articles
US9365930B1 (en) * 2013-01-14 2016-06-14 David W. Wright Gun barrel manufacturing methods
WO2015077490A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-28 Carl Schalansky Method of using additive materials for production of fluid flow channels
US9976815B1 (en) * 2014-02-20 2018-05-22 Hrl Laboratories, Llc Heat exchangers made from additively manufactured sacrificial templates
JP5878604B1 (ja) * 2014-10-21 2016-03-08 アドバンスト・リサーチ・フォー・マニュファクチャリング・システムズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーＡｄｖａｎｃｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｌｌｃ 複合材の製造方法
US10099290B2 (en) * 2014-12-18 2018-10-16 General Electric Company Hybrid additive manufacturing methods using hybrid additively manufactured features for hybrid components
GB2552934A (en) * 2016-08-01 2018-02-21 Meiban Int Pte Ltd Integrated cladding materials (ICM)
US10948108B2 (en) * 2017-05-02 2021-03-16 Unison Industries, Llc Turbine engine duct

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