เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีการใช้งานในอุตสาหกรรมหลายประเภท โดยส่วนใหญ่ใช้แผ่นโลหะในการถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลวสองชนิด
การใช้งานของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีประสิทธิภาพเหนือกว่าอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบดั้งเดิม (โดยปกติจะเป็นท่อขดที่มีของเหลวชนิดหนึ่งไหลผ่านห้องที่มีของเหลวอีกชนิดหนึ่ง) เพราะของเหลวที่ถูกทำให้เย็นมีพื้นที่ผิวสัมผัสมากกว่า ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและเพิ่มอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมาก
แทนที่จะใช้ขดลวดผ่านห้องแลกเปลี่ยนความร้อน ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น จะมีห้องสองห้องสลับกัน โดยปกติจะมีระดับความลึกบาง และคั่นด้วยแผ่นโลหะลูกฟูกที่พื้นผิวด้านที่ใหญ่ที่สุด ห้องมีความบาง เนื่องจากช่วยให้ปริมาตรของของเหลวส่วนใหญ่สัมผัสกับแผ่น ซึ่งช่วยในการแลกเปลี่ยนความร้อน
โดยทั่วไปแล้ว แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนดังกล่าวจะผลิตขึ้นโดยใช้การปั๊มขึ้นรูปหรือการกลึงแบบดั้งเดิม เช่น การดึงขึ้นรูป แต่ในปัจจุบัน การกัดด้วยแสงเคมี (PCE) ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นเทคนิคการผลิตที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าที่สุดสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูงนี้ การกลึงด้วยไฟฟ้าเคมี (ECM) เป็นอีกทางเลือกหนึ่งของเทคโนโลยีที่สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงได้ในปริมาณมาก แต่กระบวนการนี้ต้องการการลงทุนเริ่มต้นที่สูงมาก จำกัดเฉพาะวัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้า ใช้พลังงานมาก การออกแบบและการผลิตเครื่องมือทำได้ยาก และการกัดกร่อนของเครื่องมือและอุปกรณ์จับยึดชิ้นงานเป็นปัญหามาโดยตลอด
โดยทั่วไปแล้ว แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนทั้งสองด้านมักมีคุณลักษณะที่ซับซ้อนมาก ซึ่งบางครั้งอาจเกินขีดความสามารถของการปั๊มขึ้นรูปและการกลึง แต่สามารถทำได้ง่ายโดยใช้ PCE นอกจากนี้ PCE ยังสามารถสร้างคุณลักษณะบนทั้งสองด้านของแผ่นพร้อมกัน ช่วยประหยัดเวลาได้อย่างมาก และกระบวนการนี้สามารถนำไปใช้กับโลหะหลากหลายชนิด รวมถึงสแตนเลส อินโคเนล 617 อลูมิเนียม และไทเทเนียม
เนื่องจากคุณลักษณะเฉพาะบางประการของกระบวนการ PCE จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการปั๊มขึ้นรูปและการกลึงในงานโลหะแผ่น การใช้สารไวแสงและสารกัดกร่อนเพื่อประมวลผลทางเคมีอย่างแม่นยำในบริเวณที่เลือก กระบวนการนี้ช่วยรักษาคุณสมบัติของวัสดุ ชิ้นส่วนปราศจากครีบและแรงเค้น มีรูปทรงที่เรียบเนียน และไม่มีบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน นอกจากนี้ สารละลายกัดกร่อนยังสร้างโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสารหล่อเย็นที่ใช้ในแผ่นโลหะ โครงสร้างเหล่านี้ไม่มีมุมและขอบที่เสี่ยงต่อการกัดกร่อน
เมื่อรวมกับข้อเท็จจริงที่ว่า PCE ใช้เครื่องมือดิจิทัลหรือแก้วที่ทำซ้ำได้ง่ายและมีต้นทุนต่ำ จึงเป็นทางเลือกในการผลิตที่มีประสิทธิภาพ คุ้มค่า มีความแม่นยำสูง และรวดเร็ว เมื่อเทียบกับเทคนิคการกลึงและการปั๊มขึ้นรูปแบบดั้งเดิม ซึ่งหมายถึงการประหยัดต้นทุนอย่างมากในการผลิตเครื่องมือต้นแบบ และแตกต่างจากเทคนิคการปั๊มขึ้นรูปและการกลึงตรงที่ไม่มีการสึกหรอของเครื่องมือและต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับการตัดเหล็กซ้ำ
การกลึงและการปั๊มขึ้นรูปอาจทำให้ได้ผลลัพธ์ที่ไม่สมบูรณ์แบบบนโลหะบริเวณแนวตัด ซึ่งมักทำให้วัสดุที่กำลังกลึงเสียรูป และทิ้งร่องรอยเป็นเสี้ยน บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน และชั้นที่หลอมใหม่ นอกจากนี้ ยังมุ่งมั่นที่จะตอบสนองความละเอียดของรายละเอียดที่จำเป็นสำหรับชิ้นส่วนโลหะขนาดเล็กที่ซับซ้อนและแม่นยำยิ่งขึ้น เช่น แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน
อีกปัจจัยหนึ่งที่ควรพิจารณาในการเลือกกระบวนการคือความหนาของวัสดุที่จะทำการขึ้นรูป กระบวนการแบบดั้งเดิมมักประสบปัญหาเมื่อนำไปใช้กับโลหะบาง การปั๊มขึ้นรูปและการขึ้นรูปด้วยความร้อนนั้นไม่เหมาะสมในหลายกรณี ในขณะที่การตัดด้วยเลเซอร์และการตัดด้วยน้ำจะนำไปสู่การเสียรูปจากความร้อนและการแตกตัวของวัสดุในระดับที่ไม่สมดุลและยอมรับไม่ได้ตามลำดับ แม้ว่า PCE จะสามารถใช้ได้กับโลหะที่มีความหนาหลากหลาย แต่คุณสมบัติที่สำคัญคือสามารถทำงานกับแผ่นโลหะที่บางกว่า เช่น แผ่นที่ใช้ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น โดยไม่ทำให้ความเรียบของพื้นผิวลดลง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญต่อความสมบูรณ์ของชิ้นส่วนประกอบ
หนึ่งในพื้นที่สำคัญที่ใช้แผ่นโลหะคือ การใช้งานในเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำจากสแตนเลส อลูมิเนียม นิกเกล ไทเทเนียม ทองแดง และโลหะผสมพิเศษหลากหลายชนิด
แผ่นโลหะในเซลล์เชื้อเพลิงได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีข้อดีหลายประการเหนือวัสดุอื่นๆ ในขณะเดียวกันก็มีความแข็งแรงสูง นำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยมเพื่อการระบายความร้อนที่ดีขึ้น สามารถผลิตให้บางมากได้โดยใช้การกัดกร่อน ทำให้ได้แผ่นโลหะที่สั้นลง และไม่มีพื้นผิวที่มีลักษณะเป็นทิศทางภายในช่อง สามารถขึ้นรูปแผ่นและสร้างช่องได้พร้อมกัน และดังที่กล่าวมาข้างต้น จะไม่เกิดความเครียดจากความร้อนในโลหะ ทำให้พื้นผิวเรียบสนิท
กระบวนการ PCE ช่วยให้มั่นใจได้ว่าค่าความคลาดเคลื่อนที่ได้จากทุกมิติของแผงวงจรหลักจะมีความแม่นยำสม่ำเสมอ รวมถึงความลึกของท่ออากาศและรูปทรงของท่อร่วม และสามารถผลิตชิ้นส่วนให้ตรงตามข้อกำหนดการลดแรงดันที่เข้มงวดได้
อุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ใช้แผ่นโลหะที่ผ่านกระบวนการกัดด้วยสารเคมี ได้แก่ มอเตอร์เชิงเส้น การบินและอวกาศ ปิโตรเคมี และอุตสาหกรรมเคมี หลังจากการผลิต แผ่นโลหะจะถูกวางซ้อนกันและเชื่อมด้วยวิธีการแพร่กระจายหรือการบัดกรีเพื่อสร้างแกนกลางของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เสร็จสมบูรณ์แล้วจะมีขนาดเล็กกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ "เปลือกและท่อ" แบบดั้งเดิมถึงหกเท่า ซึ่งให้ข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมในด้านพื้นที่และน้ำหนัก
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ผลิตโดยใช้ PCE นั้นมีความแข็งแรงทนทานและมีประสิทธิภาพสูง สามารถทนแรงดันได้ถึง 600 บาร์ ในขณะที่ปรับตัวให้เข้ากับช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ระดับเยือกแข็งไปจนถึง 900 องศาเซลเซียส สามารถรวมกระแสการทำงานมากกว่าสองกระแสเข้าไว้ในหน่วยเดียว และลดความต้องการด้านท่อและวาล์วลงได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังสามารถรวมปฏิกิริยาและการผสมเข้ากับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นได้ ทำให้เพิ่มฟังก์ชันการทำงานในหน่วยเดียวได้อย่างคุ้มค่า
ความต้องการการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพื้นที่ในปัจจุบันก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมากต่อวิศวกรพัฒนาผลิตภัณฑ์จำนวนมาก การย่อขนาดของชิ้นส่วนต่างๆ ในเทคโนโลยีไฟฟ้าและไมโครซิสเต็มทำให้เกิดจุดร้อนที่เรียกว่า "จุดร้อน" ซึ่งจำเป็นต้องมีการระบายความร้อนที่เหมาะสมเพื่อให้มั่นใจได้ถึงอายุการใช้งานที่ยาวนาน
การใช้ PCE แบบ 2 มิติและ 3 มิติ ทำให้สามารถสร้างไมโครแชนเนลที่มีความกว้างและความลึกที่กำหนดไว้ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อเลือกวัสดุระบายความร้อนในพื้นที่ที่เล็กที่สุด แทบไม่มีข้อจำกัดใดๆ สำหรับการออกแบบแชนเนลที่เป็นไปได้
นอกจากนี้ เนื่องจากกระบวนการกัดกรดช่วยกระตุ้นนวัตกรรมการออกแบบและอิสรภาพทางเรขาคณิต จึงสามารถส่งเสริมการไหลแบบปั่นป่วนแทนที่จะเป็นการไหลแบบราบเรียบได้โดยการใช้ขอบและระดับความลึกของช่องที่เป็นลอน การไหลแบบปั่นป่วนในตัวกลางหล่อเย็นหมายความว่าสารหล่อเย็นที่สัมผัสกับแหล่งความร้อนมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ซึ่งทำให้การแลกเปลี่ยนความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น ความเป็นลอนและความไม่สม่ำเสมอในไมโครแชนเนลในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนั้นสามารถผลิตได้ง่ายด้วยกระบวนการกัดกรดแบบ PCE แต่ไม่สามารถทำได้หรือมีต้นทุนสูงเกินไปที่จะผลิตโดยใช้กระบวนการผลิตอื่น ๆ
บริษัท micrometal GmbH ผู้เชี่ยวชาญด้าน PCE ใช้เครื่องมือออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่มีราคาแข่งขันได้ เพื่อผลิตชิ้นงานคุณภาพสูงด้วยความแม่นยำที่สม่ำเสมอในระดับสูง
สามารถติดแผ่นไมโครแชนเนลแต่ละแผ่นเข้ากับรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติต่างๆ ได้ (เช่น โดยการเชื่อมแบบแพร่กระจาย) บริษัทไมโครเมทัลใช้เครือข่ายพันธมิตรที่มีประสบการณ์ ซึ่งช่วยให้ลูกค้ามีตัวเลือกในการซื้อแผ่นไมโครแชนเนลแต่ละแผ่นหรือบล็อกแลกเปลี่ยนความร้อนไมโครแชนเนลแบบครบชุด
สารที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะและประกอบด้วยธาตุเคมีตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป โดยอย่างน้อยหนึ่งชนิดต้องเป็นโลหะ
ลดอุณหภูมิของของเหลวที่เพิ่มขึ้นบริเวณรอยต่อระหว่างเครื่องมือและชิ้นงานระหว่างการตัดเฉือน โดยปกติจะอยู่ในรูปของเหลว เช่น สารละลายหรือส่วนผสมทางเคมี (กึ่งสังเคราะห์ สังเคราะห์) แต่ก็อาจเป็นอากาศอัดหรือก๊าซอื่นๆ ได้เช่นกัน เนื่องจากความสามารถในการดูดซับความร้อนได้มาก น้ำจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารหล่อเย็นและตัวนำสำหรับสารประกอบการตัดเฉือนต่างๆ และอัตราส่วนของน้ำต่อสารประกอบจะแตกต่างกันไปตามงานตัดเฉือน ดูเพิ่มเติมที่ ของเหลวหล่อเย็น; ของเหลวหล่อเย็นกึ่งสังเคราะห์; ของเหลวหล่อเย็นน้ำมันละลาย; ของเหลวหล่อเย็นสังเคราะห์
1. การกระจายตัวของส่วนประกอบในแก๊ส ของเหลว หรือของแข็ง ที่มีแนวโน้มทำให้องค์ประกอบมีความสม่ำเสมอในทุกส่วน 2. อะตอมหรือโมเลกุลเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งใหม่ภายในวัสดุโดยธรรมชาติ
กระบวนการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (ECM) คือการใช้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านระหว่างชิ้นงานและเครื่องมือนำไฟฟ้า โดยผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งจะก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ละลายโลหะจากชิ้นงานในอัตราที่ควบคุมได้ แตกต่างจากวิธีการตัดเฉือนแบบดั้งเดิม ความแข็งของชิ้นงานไม่ใช่ปัจจัยสำคัญ ทำให้ ECM เหมาะสำหรับวัสดุที่ยากต่อการขึ้นรูป โดยมีรูปแบบต่างๆ เช่น การเจียรด้วยไฟฟ้า การลับคมด้วยไฟฟ้า และการกลึงด้วยไฟฟ้า
ในทางฟังก์ชันการทำงานแล้ว มอเตอร์เชิงเส้นก็เหมือนกับมอเตอร์แบบหมุนในเครื่องมือกล กล่าวคือ อาจมองมอเตอร์เชิงเส้นเป็นมอเตอร์แบบหมุนแม่เหล็กถาวรมาตรฐานที่ถูกตัดตามแนวแกนตรงกลาง จากนั้นจึงลอกฉนวนออกและวางราบ ข้อได้เปรียบหลักของการใช้มอเตอร์เชิงเส้นในการขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของแกนคือ ช่วยขจัดความไม่ eficiente และความแตกต่างทางกลที่เกิดจากระบบประกอบสกรูบอลที่ใช้ในเครื่องมือกล CNC ส่วนใหญ่
ส่วนประกอบที่มีระยะห่างมากขึ้นในพื้นผิว รวมถึงความไม่สม่ำเสมอทั้งหมดที่มีระยะห่างมากกว่าค่าการตัดของเครื่องมือ ดูที่ การไหล; การวางตัว; ความหยาบ
ดร. ไมเคิล เจ. ฮิกส์ เป็นผู้อำนวยการศูนย์วิจัยธุรกิจและเศรษฐกิจ และศาสตราจารย์เกียรติคุณด้านเศรษฐศาสตร์ จอร์จและฟรานซิส บอลล์ แห่งวิทยาลัยธุรกิจมิลเลอร์ มหาวิทยาลัยบอลล์สเตท ฮิกส์สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกและปริญญาโทด้านเศรษฐศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทนเนสซี และปริญญาตรีด้านเศรษฐศาสตร์จากสถาบันการทหารเวอร์จิเนีย เขาเป็นผู้เขียนหนังสือสองเล่มและบทความทางวิชาการมากกว่า 60 ชิ้น โดยเน้นนโยบายสาธารณะระดับรัฐและท้องถิ่น รวมถึงนโยบายภาษีและการใช้จ่าย และผลกระทบของวอลมาร์ทต่อเศรษฐกิจท้องถิ่น