L'energia solar concentrada (CSP) es distingeix d'altres fonts d'energia renovables mitjançant l'ús d'emmagatzematge d'energia tèrmica (TES) i motors tèrmics convencionals per enviar energia sota demanda. Tanmateix, per tal d'aconseguir un cost de l'energia anivellat competitiu (LCOE), cal reduir els costos del sistema CSP.
Estudis recents de diverses superfícies mínimes periòdiques triples (TPMS) i superfícies nodals periòdiques com a intercanviadors de calor han demostrat que les superfícies TPMS de Schwarz-D tenen excel·lents propietats de transferència de calor. Els carburs, borurs i compostos de metalls de transició del grup IV-VI són els materials ceràmics d'ultra-alta temperatura (UHTC) més comuns. Abans de la introducció de la fabricació additiva, els dispositius TPMS eren difícils de fabricar.
En comparació amb els mètodes anteriors de fabricació d'estructures de TPMS ceràmiques, la fabricació d'additius de raig adhesiu s'està desenvolupant com un mètode prometedor i escalable per formar ceràmica. La impressió a raig adhesiu s'ha utilitzat per fabricar plaques d'intercanviador de calor UHTC en combinació amb la infiltració reactiva, però no s'ha utilitzat per fabricar estructures TPMS UHTC sinteritzades a densitats relatives elevades. Les lliçons apreses de la sinterització de nanomaterials suggereixen que la baixa densitat en brut durant l'emmotllament no sempre és un problema i que és més important aconseguir una bona uniformitat.
En aquest estudi, els autors van demostrar la viabilitat de la fabricació d'additius en aerosol adhesiu d'estructures UHTC-TPMS mitjançant la sinterització i la impressió de candidats buits. Es van crear components amb almenys un 92 per cent de densitat relativa teòrica, que també formen part del TPMS.
La densitat objectiu representa la transició de l'etapa intermèdia a la final de la sinterització, que és necessària per sinteritzar formes complexes properes a la xarxa fins a la densitat total i suprimir la permeació de gas mitjançant la tècnica de sinterització HIP. L'objectiu de la part de demostració TPMS era veure si els paràmetres d'impressió i sinterització obtinguts de les mostres de prova eren aplicables a la geometria complexa que s'utilitzaria per al disseny de l'intercanviador de calor.
L'equip va imprimir peces de TPMS cúbics de 9 cm 3 i les va sinteritzar sense distorsionar-les ni trencar-les. Es presenten topologies de disseny, materials i avenços de fabricació per aconseguir el millor rendiment de la seva classe en sals de clorur fosos en intercanviadors de calor CSP.
Els investigadors discuteixen l'ús d'una combinació de fabricació d'additius de raig de lligant i sinterització per construir cèl·lules UHTC-TPMS basades en ZrB2-MoSi2-. A causa de les seves bones característiques i qualitat de processament, ZrB2-MoSi2 va ser escollit intencionadament com a candidat no vàlid per demostrar la viabilitat d'un intercanviador de calor UHTC-TPMS fins que es pogués determinar el millor material UHTC per a aquesta aplicació.
Es va demostrar que la fabricació d'additius en aerosol adhesiu es pot utilitzar per imprimir i sinteritzar estructures UHTC-TPMS. Per tal de limitar eficaçment la distorsió, es va trobar que calia una estratègia de limitació d'espai. Va ser capaç d'utilitzar matèria primera en pols convencional amb un d50 d'aproximadament 2-3 m, la mateixa mida que s'utilitza en el processament UHTC convencional. Aquests materials es sintereixen fins a una densitat relativa teòrica del 92-98 per cent, que és suficient per evitar que els fluids de l'intercanviador de calor passin a través de les parets, separant les dues regions i permetent la pressió isostàtica tèrmica quan es requereixen densitats més altes.