Koncentrirana sončna energija (CSP) se od drugih obnovljivih virov energije razlikuje po uporabi shranjevanja toplotne energije (TES) in običajnih toplotnih motorjev za oddajanje energije na zahtevo. Da pa bi dosegli konkurenčne izravnane stroške energije (LCOE), je treba znižati stroške sistema CSP.
Nedavne študije več trojnih periodičnih minimalnih površin (TPMS) in periodičnih nodalnih površin kot izmenjevalnikov toplote so pokazale, da imajo površine Schwarz-D TPMS odlične lastnosti prenosa toplote. karbidi, boridi in kompoziti prehodnih kovin skupine IV-VI so najpogostejši ultravisokotemperaturni keramični (UHTC) materiali. Pred uvedbo aditivne proizvodnje je bilo naprave TPMS težko izdelati.
V primerjavi s prejšnjimi metodami izdelave keramičnih TPMS struktur se aditivna proizvodnja z adhezivnim curkom razvija kot obetavna in razširljiva metoda oblikovanja keramike. Tiskanje z lepilnim curkom je bilo uporabljeno za izdelavo plošč toplotnega izmenjevalnika UHTC v kombinaciji z reaktivno infiltracijo, ni pa bilo uporabljeno za izdelavo struktur UHTC TPMS, sintranih na visoke relativne gostote. Izkušnje, pridobljene pri sintranju nanomaterialov, kažejo, da nizka gostota surovin med oblikovanjem ni vedno problem in da je doseganje dobre enotnosti bolj pomembno.
V tej študiji so avtorji dokazali izvedljivost izdelave dodatkov za lepilo v razpršilu struktur UHTC-TPMS s sintranjem in tiskanjem praznih kandidatov. Ustvarjene so bile komponente z najmanj 92 odstotki teoretične relativne gostote, ki so tudi del TPMS.
Ciljna gostota predstavlja prehod od vmesne do končne stopnje sintranja, ki je potrebna za sintranje kompleksnih skoraj mrežastih oblik do polne gostote in zadušitev prepustnosti plina s tehniko sintranja HIP. Namen predstavitvenega dela TPMS je bil ugotoviti, ali so parametri tiskanja in sintranja, pridobljeni iz preskusnih vzorcev, uporabni za kompleksno geometrijo, ki bi se uporabljala za zasnovo izmenjevalnika toplote.
Ekipa je natisnila 9 cm 3 kubične kose TPMS in jih sintrala, ne da bi jih popačila ali zlomila. Predstavljene so konstrukcijske topologije, materiali in napredek pri izdelavi za doseganje najboljših zmogljivosti v razredu pri staljenih kloridnih solih v toplotnih izmenjevalnikih CSP.
Raziskovalci razpravljajo o uporabi kombinacije proizvodnje vezivnega curka z aditivi in sintranja za izdelavo celic UHTC-TPMS na osnovi ZrB2-MoSi2-. Zaradi dobrih procesnih lastnosti in kakovosti je bil ZrB2-MoSi2 namerno izbran kot neveljaven kandidat za prikaz izvedljivosti toplotnega izmenjevalnika UHTC-TPMS, dokler ni bilo mogoče določiti najboljšega materiala UHTC za to aplikacijo.
Pokazalo se je, da se lahko proizvodnja aditivov v razpršilu za lepilo uporablja za tiskanje in sintranje struktur UHTC-TPMS. Da bi učinkovito omejili popačenje, je bilo ugotovljeno, da je potrebna strategija omejevanja prostora. Lahko je uporabil običajno praškasto surovine z d50 približno 2-3 m, enake velikosti, ki se uporablja pri običajni obdelavi UHTC. Ti materiali so sintrani do teoretične relativne gostote 92-98 odstotkov, kar zadostuje, da prepreči prehajanje tekočin izmenjevalnika toplote skozi stene, ločevanje obeh območij in omogočanje toplotnega izostatičnega tlaka, ko so potrebne večje gostote.