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Vortrag

Additive Fertigung von Hochleistungswärmetauschern unter Verwendung fraktaler Strukturen

Donnerstag (26.04.2018)
09:55 - 10:15 Uhr Kongresssaal
Bestandteil von:


Das Forschungsprojekt instaf – integrated structures for additive manufacturing zielt auf die additive Fertigung von Wärmetauschern aus keramischen Werkstoffen. In diesem Beitrag nutzen wir die Freiheiten der additiven Fertigung insbesondere zur Gestaltung der Oberflächen, die dem Wärmeübergang dienen.

 

Bekanntlich ist eine glatte Oberfläche für die Wärmeübertragung nicht günstig. Wir wollen deshalb bereits im digitalen 3-D-Modell künstlich raue Oberflächen erzeugen, um einerseits die Oberfläche zu vergrößern und andererseits Turbulenzen im durchströmenden Medium zu induzieren. Bezüglich der Oberflächenstrukturen lassen wir uns von biologischen Vorbildern inspirieren. Die Strukturen werden so abstrahiert und modelliert, dass wir sie mit wenigen Parametern regulieren können. Die Algorithmen basieren auf stochastischen Fraktalen.

 

Durch die parametrische Modellierung können wir hinsichtlich wesentlicher Nebenbedingungen optimieren. So ist in Wärmetauschern neben der großen Oberfläche auch die möglichst geringe Stärke der Ausstauschicht ausschlaggebend. Damit einher geht die typische Selbstschnittproblematik bei der Definition von Offset-Flächen, die natürlich trotzdem ähnlich gute Eigenschaften wie die Ausgangsflächen haben sollen. Weitere Nebenbedingungen ergeben sich aus den Fertigungsparametern der jeweiligen Druckverfahren, zum Beispiel eingeschränkte geometrische Freiheiten beim Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM). Von Vorteil ist in diesem Zusammenhang, dass die Algorithmen skaleninvariant sind (selbstähnlich). So können wir die Flächen – bei ökonomischem Datenvolumen – bis zur Verfahrensgrenze auf die jeweilige Druckerauflösung abstimmen, ohne wesentliche Eigenschaften einzubüßen. Wir zeigen außerdem, wie die hier erzeugten Mikrostrukturen in die Makrostrukturen prototypischer Wärmetauscher integriert werden können und wie die Anpassung auf verschieden Medien (Fluide) gelingt.

 

Diese Forschung wird durch das BMWi gefördert und ist Teil von instaf, einem Projekt im europäischen Netzwerk IraSME, das von Partnern in Österrreich und Deutschland durchgeführt wird.

Sprecher/Referent:
Kevin Noack
Technische Universität Dresden
Weitere Autoren/Referenten:
  • Martin Friedrich Eichenauer
    Technische Universität Dresden
  • Prof. Dr. Daniel Lordick
    Technische Universität Dresden