Koncentrirana solarna energija (CSP) razlikuje se od ostalih obnovljivih izvora energije korištenjem pohrane toplinske energije (TES) i konvencionalnih toplinskih motora za dispečiranje energije na zahtjev. Međutim, kako bi se postigla konkurentna izravna cijena energije (LCOE), troškovi CSP sustava moraju se smanjiti.
Nedavna istraživanja nekoliko trostruko periodičnih minimalnih površina (TPMS) i periodičnih nodalnih površina kao izmjenjivača topline pokazala su da Schwarz-D TPMS površine imaju izvrsna svojstva prijenosa topline. karbidi, boridi i kompoziti prijelaznih metala skupine IV-VI najčešći su keramički ultravisoki temperaturni (UHTC) materijali. Prije uvođenja aditivne proizvodnje, TPMS uređaje bilo je teško proizvesti.
U usporedbi s prethodnim metodama proizvodnje keramičkih TPMS struktura, aditivna proizvodnja mlazom ljepila razvija se kao obećavajuća i skalabilna metoda oblikovanja keramike. Adhezivni mlazni tisak korišten je za izradu UHTC ploča izmjenjivača topline u kombinaciji s reaktivnom infiltracijom, ali nije korišten za izradu UHTC TPMS struktura sinteriranih do visoke relativne gustoće. Lekcije naučene iz sinteriranja nanomaterijala sugeriraju da niska sirova gustoća tijekom kalupljenja nije uvijek problem i da je postizanje dobre ujednačenosti važnije.
U ovoj studiji autori su pokazali izvedivost proizvodnje aditiva u spreju za ljepilo UHTC-TPMS struktura sinteriranjem i tiskanjem praznih kandidata. Stvorene su komponente s najmanje 92 posto teorijske relativne gustoće, koje su također dio TPMS-a.
Ciljana gustoća predstavlja prijelaz iz međufaze u završnu fazu sinteriranja, koja je neophodna za sinteriranje složenih gotovo neto oblika do pune gustoće i suzbijanje prodiranja plina pomoću HIP tehnike sinteriranja. Svrha demonstracije TPMS dijela bila je vidjeti jesu li parametri tiskanja i sinteriranja dobiveni iz ispitnih uzoraka primjenjivi na složenu geometriju koja će se koristiti za dizajn izmjenjivača topline.
Tim je ispisao kubične komade TPMS-a od 9 cm3 i sinterirao ih bez iskrivljenja ili lomljenja. Predstavljene su topologije dizajna, materijali i napredak u proizvodnji kako bi se postigle najbolje performanse u klasi u rastaljenim kloridnim solima u CSP izmjenjivačima topline.
Istraživači raspravljaju o upotrebi kombinacije proizvodnje aditiva vezivnog mlaza i sinteriranja za izgradnju UHTC-TPMS ćelija na bazi ZrB2-MoSi2-. Zbog svojih dobrih obradnih karakteristika i kvalitete, ZrB2-MoSi2 namjerno je odabran kao nevažeći kandidat za demonstraciju izvedivosti UHTC-TPMS izmjenjivača topline dok se ne utvrdi najbolji UHTC materijal za ovu primjenu.
Pokazalo se da se proizvodnja aditiva u spreju za ljepilo može koristiti za tiskanje i sinteriranje UHTC-TPMS struktura. Kako bi se učinkovito ograničilo izobličenje, utvrđeno je da je potrebna strategija ograničavanja prostora. Bio je u mogućnosti koristiti konvencionalnu sirovinu u prahu s d50 od približno 2-3 m, iste veličine koja se koristi u konvencionalnoj UHTC obradi. Ovi materijali su sinterirani do teorijske relativne gustoće od 92-98 posto, što je dovoljno za sprječavanje prolaska tekućina izmjenjivača topline kroz stijenke, odvajajući dva područja i omogućavajući toplinski izostatski tlak kada su potrebne veće gustoće.