熱管理メタル 3D プリンティングが普及し、設計ソフトウェアの重要性がますます高まっている

近年、熱管理メタル 3D プリンティングの応用が普及しています。ここ2年、暑さが増し続けています。これにより、銅合金のグリーンメタル 3D プリンティングの進歩が促進され、技術が発展し続けるだけでなく、放熱構造設計の需要も高まり、関連するプロフェッショナルな設計ソフトウェアが徐々に市場に参入してきました。

近年、ロッキード・マーティン () やノースロップ・グラマン () などの世界有数の軍需産業企業の多くが、多数の金属 3D プリンティング メーカーと協力し、極超音速兵器、ミサイル、航空宇宙、高度な熱管理システムなどの中核分野に応用しています。

ますます多くの防衛企業や軍事企業が積層造形の価値を再検討し始めています。積層造形によって実際に変わるのは加工方法だけではなく、複雑な構造を実現する能力だからです。

高度な機器では熱管理が重要な課題になりつつある

極超音速航空機、先進的なミサイル、高出力アビオニクス システムの開発に伴い、軍事部品はますます過酷な熱環境に直面しています。一方では、システム内の電力密度は増加し続けていますが、他方では、機器のサイズは縮小し続けています。これは、より多くの熱をより小さなスペースで処理し、より複雑な内部冷却チャネル、より軽量な構造、より高い信頼性要件を必要とすることを意味します。ただし、従来の製造方法にはこの分野で大きな制限があります。

限られた空間体積の中で、より大きな熱交換面積を実現し、より複雑で効率的な流路構造を設計できる方がより優れた熱管理性能を発揮することになります。これはまさに積層造形が最も得意とする技術方向です。

近年盛んに研究されているTPMS構造をはじめ、さまざまなスケールの格子構造、生体流路、細孔構造などが含まれます。これらにより、製品の熱交換面積が大幅に増加するだけでなく、干渉を引き起こす流体の能力も向上し、軽量レベルと構造統合度が向上します。

同時に、積層造形では、もともと溶接や組み立てに複数の部品が必要な構造を、全体として直接統合することもできます。これにより、組み立てエラーが減るだけでなく、潜在的な故障のリスクも軽減されます。

しかし、構造が徐々に複雑になり始めると、これらの構造の設計と反復を効率的に完了するにはどうすればよいかという新たな疑問も生じました。

Antarctic Bear として知られる存在は、国産の 3D プリンティング ソフトウェアが、積層造形プロセスにおける熱管理設計のニーズを満たすことができる関連機能モジュールもリリースしていることに気づきました。

複雑な熱交換・放熱構造設計をサポート

従来のCADでは、大規模な格子を扱う際のモデルデータ量の多さ、複雑なTPMSを扱う際の編集効率の低さ、パラメトリック流路構造を扱う際のパラメータ調整の難しさ、反復サイクルの長期化、ファイル処理の難しさ、複雑な製造前処理プロセスなどの問題がありました。特に、内部構造を最適化するために頻繁な反復が必要な熱交換器などのアプリケーション シナリオでは、設計効率が研究開発全体の進捗を直接制限します。

このため、ますます多くの人々が高度な積層造形を行い、運用プロセスに参加してコミットし、パラメトリック設計、インプリシット モデリング、フィールド駆動型構造生成、パフォーマンス指向の自動モデリング、およびそのような新しいテクノロジに特に関係するその他の方向に方向転換し始める傾向にあります。

複雑な熱管理と高性能構造設計のシナリオにおいて、積層造形により適した一連の設計手法が提供されます。

パラメトリック構造の生成

従来のソリッド モデリングと比較して、陰的モデリングは、複雑な連続表面、TPMS、多孔質熱交換、バイオニック フロー チャネル、勾配格子、その他の構造への適応性が優れています。パラメータを利用して空隙率、壁厚、ユニットサイズ、構造勾配、流路分布を迅速に調整でき、パラメータに依存して迅速な反復を実行できるため、熱交換器などの構造の設計プロセスが大幅に簡素化されます。

フィールド駆動型格子設計

部品の各領域の熱負荷は異なり、応力分布も不均一になります。その画一的な構造を実際の作業条件に適応させるのは容易ではありません。この設計は、温度場と応力場をサポートして格子設計を推進し、局所的な細孔と構造形態を柔軟に調整して、作業条件に適応した設計を実現します。

超複雑なモデルの効率的な処理

複雑な熱交換器や格子モデルはファイル サイズが大きくなる傾向があり、ソフトウェアの実行に遅れが生じ、エクスポート中や後処理中に問題が発生する可能性があります。暗黙的モデリング ワークフローは、非常に複雑な構造を高効率で実行し、データの冗長性を削減し、複雑な熱管理構造のバッチ設計と製造準備に適応できます。

設計から製造まで一貫したプロセス

積層造形中、設計側は印刷プロセス、サポート、スライスと製造の制約を同時に考慮する必要があります。データ変換と反復プロセスを削減し、それによって反復と実装の効率を大幅に向上させるには、設計から製造準備に至るプロセス全体をオープンにする必要があります。

国防および航空宇宙の分野では、積層造形を使用して複雑な構造を実現する高度な機器がますます増えており、インプリシット モデリングはこれらの構造を実装するための重要な技術的方法になりつつあります。

南極クマに関する洞察

高熱伝導性金属 3D プリンティング材料、高熱伝導性金属 3D プリンティング装置、専門的な設計ソフトウェア、および特定の用途向けのプロセス検証が完全なチェーンを形成し、このチェーンが熱管理プロセス ソリューションの重要な部分になります。