Sarežģīta izliekta 3D-drukā veidne, kas aptīta ar plakanu sildīšanas paliktni, ir līdzsvars starp termisko kontaktu un ģeometrisko brīvību. Daudzos gadījumos siltums tiek piegādāts nevienmērīgi, jo sildītājs nekad nav bijis paredzēts šai konkrētajai formai. Parādās jauna tendence, kad sildelementu nepievieno pēc tam, bet gan ģenerē tieši uz virsmas. Vadošas tintes uz oglekļa- bāzes ļauj drukāt apkures lokus tieši uz sarežģītām instrumentu virsmām, kas kalpo kā termiskais slānis, kas pareizi atbilst ģeometrijai.

3D plāksnes virsmas koncepcija ar oglekļa vadītspējīgu tinti apdrukātu sildītāju ir pāreja no diskrētām sildīšanas ierīcēm uz pilnībā integrētām, virsmas noteiktām termiskām sistēmām.


No stingrajiem sildītājiem līdz apdrukātiem termoslāņiem
Tradicionālās apkures sistēmas darbojas šādi:

Silikona gumijas paklājiņi

Kārtridžu sildītāji ar integrētu metāla bloku

Keramikas vai vizlas sildīšanas plāksnes

Pretestības elementi ar metāla apvalku

Šie risinājumi ir efektīvi, taču būtībā tie ir plakani vai ierobežo ģeometriju. Izliektiem vai neregulāriem 3D rīkiem lietojumprogrammā parasti tiek apdraudēta termiskā viendabība.

Apdrukātas vadošās tintes nodrošina alternatīvu ceļu. Sildelements ir izgatavots tieši uz formas, nepiespiežot siltumu formā.

Sildītājs uzreiz tiek grafiski parādīts instrumentā kā shēmas shēma.

Kā darbojas oglekli vadošās tintes sildītāji
Vadošās tintes uz oglekļa- bāzes parasti sastāv no:

Oglekļa nanocaurules vai grafēna nanoplateles

Polimēru matricas saistviela

Šķīdinātāju sistēma nogulsnēšanai

Piedevas adhēzijas regulēšanai un sacietēšanai

Šīs tintes tiek uzklātas uz substrāta ar:

Sietspiede

Strūklas druka

Ar aerosolu pārklāti maskēšanas raksti

Tas tiek nogulsnēts kā viela un cietināts mērenā temperatūrā, lai izveidotu nepārtrauktu vadošu tīklu, kas iestrādāts plānā polimēra plēvē.

Sacietējot, tiek radīta elektriskās pretestības karsēšana, kad strāva virzās pa drukāto rakstu.

Elektriskās īpašības
Tipiski veiktspējas diapazoni ir:

Loksnes pretestība: 10-100 Ω/□

Darba spriegums: 12 līdz 48 V līdzstrāvas sistēmas

Noregulēta jaudas blīvuma modeļa ģeometrija

Regulāra tintes uzklāšana vienmērīguma kontrolei

Tā kā to pretestība ir salīdzinoši augsta (salīdzinājumā ar metāliem), šīm sistēmām bieži ir zems{0}}spriegums, kas palielina darbības drošību prototipu un kompakto instrumentu vidē.

Konformāla 3D virsmu sildīšana
Ģeometriskā viendabīgums ir viena no svarīgākajām iezīmēm uz oglekļa bāzes apdrukātiem sildītājiem.

Apdrukātās tintes slāņus var uzklāt atšķirībā no plakaniem apsildāmiem paklājiem:

Veidnes, izliektas

Instrumenti piedevu ražošanai

Sarežģītas dobuma virsmas

Ne{0}}plaknes plāksnes ģeometrija

Tas nodrošina pilnīgu termiskās konstrukcijas integrāciju, apkurei ievērojot precīzu komponenta formu, nevis tuvinot to.

Tas rada plānu, viendabīgu termisko slāni, lai samazinātu termiskās saskarnes pretestību.

Termiskās un mehāniskās priekšrocības
Apdrukāto oglekļa{0}}sildītāju funkcionālās priekšrocības ir šādas:

Zema termiskā masa
Apdrukātajam slānim ir niecīga termiskā inerce, ja biezums parasti ir desmitos mikronu. Tas ļauj:

Ātra termiskā reakcija

Ātri apkures un dzesēšanas cikli

Samazināti enerģijas uzglabāšanas zudumi

Ļoti laba ģeometriskā pielāgošanās spēja
Sildelements ir novietots tieši uz virsmas, tāpēc ārējā sildītāja uzstādīšana nerada mehānisku savienojuma spriegumu.

Iespējamie aizsargpārklājumi
Pēc sacietēšanas to var aizsargāt ar, piemēram, PTFE slāni, polimēra pārklājumu, lai:

Palieliniet ķīmisko izturību

Padariet izturīgāku pret nodilumu

Riteņbraukšanas laikā saglabājiet virsmas integritāti

Galvenie inženiertehniskie izaicinājumi
Ir būtiski tehniski šķēršļi oglekļa tintes sildītāju tehnoloģiju paplašināšanai rūpnieciskajās sistēmās, neskatoties uz milzīgo solījumu.

Pretestības vienveidība sarežģītās ģeometrijās
Var būt grūti uzturēt vienmērīgu loksnes pretestību uz izliektas vai nelīdzenas virsmas šādu iemeslu dēļ:

Tintes plūsmas izmaiņas

Vietējās biezuma atšķirības

Substrāta virsmas enerģijas izmaiņas

Nevienmērīga pretestība-var izraisīt nevienmērīgus apkures profilus.

Adhēzija un termiskā cikla stabilitāte
Ilgtermiņa uzticamība ir atkarīga no spēcīgas saķeres starp:

Oglekļa tintes slānis

Pamatnes materiāls (metāls, polimērs, kompozīts)

Aizsardzības virskārtas slāņi

Atkārtota siltuma ciklēšana bez mehāniskas neatbilstības pārvaldības var izraisīt mikroplaisāšanu vai atslāņošanos.

Jaudas mērogošanas ierobežojumi
Drukātie oglekļa sildītāji parasti darbojas ar zemu spriegumu, tādēļ, ja vēlaties mērogot rūpnieciskos jaudas līmeņus, jums ir nepieciešams:

Raksti ar lielākiem vadošiem laukumiem

Shēmu arhitektūras paralēli.

Sadalītās apkures zonas projektēšana

Tas ierobežo tā tiešu izmantošanu lieljaudas{0}}lietotnēs, taču tas ir piemērots specializētiem rīkiem un prototipu veidošanas situācijām.

Pielietojuma potenciāls karstajos instrumentos
Tehnoloģija ir īpaši piemērota:

Karsētas veidnes ātra prototipēšana

Papildināti ražoti instrumenti ar iestrādātu sildelementu

Laboratorijas aprīkojums (pēc pasūtījuma)

Mazo partiju ražošanas instrumenti

- Sarežģītas ģeometrijas, kurām standarta sildītāji nevar atbilst

Tas ļauj noteiktos lietojumos siltuma veidošanos tieši uz instrumenta virsmas, ievērojami samazinot montāžas sarežģītību.

Ražošanas un dizaina elastība
Izmantojot drukātas sildītāju sistēmas, jums var būt pilnīgi atšķirīga dizaina darbplūsma:

Siltuma modelis izstrādāts digitāli

3D virsmas druka

Sacietē, lai izveidotu funkcionālu ķēdi

Pārbaudīts un elektriski savienots

Šī stratēģija samazina atkarību no iepriekš{0}}veidotiem sildītāja elementiem un ļauj ātri atkārtot termiskās konstrukcijas.

3.4. Nākotnes perspektīva
Paredzams, ka vadošās tintes formulējumu attīstība radīs daudzus notikumus:

Grafēna kompozītmateriāli ar augstāku vadītspēju

Polimēru saistvielas ar paaugstinātu temperatūru

Vairāku-slāņu drukātās apkures arhitektūras

Integrēti sensoru un sildīšanas slāņi

Robotiska uzklāšana uz sarežģītām 3D virsmām, izmantojot automatizāciju

Šie sasniegumi potenciāli varētu novest pie siltuma sistēmu projektēšanas un izgatavošanas, izmantojot darbplūsmas, kas ir salīdzināmas ar drukātajā elektronikā izmantotajām darbplūsmām.

Kopsavilkums
Vadošas tintes uz oglekļa- bāzes paver ceļu tieši drukātām apkures sistēmām sarežģītām 3D plātņu virsmām. Šis paņēmiens oglekli vadošas tintes sildītāju drukāšanai uz plāksnes 3D virsmas maina veidu, kā var izveidot un prototipu izgatavot pēc pasūtījuma apsildāmus instrumentus, kas ļauj izveidot plānas, elastīgas un digitāli noteiktas termiskās ķēdes.

Joprojām pastāv grūtības ar viendabīgumu, izturību un jaudas mērogošanu, taču šī tehnika ir pievilcīgs solis ceļā uz ātru, ģeometriski{0}}vadītu siltumtehniku. Šajā jaunajā paradigmā sildelementi vairs nav diskrēti komponenti, bet gan pašas virsmas integrēti raksturlielumi, kas, iespējams, padarīs pielāgotus termiskos instrumentus tikpat vienkāršu kā dizaina faila drukāšanu.

Nākamās paaudzes apsildāmās virsmas var nebūvēt, bet gan drukāt slāni pa slānim, piemēram, ķēdi, kas tiek ievilkta tieši fiziskajā vidē.