Жидкая штамповка: новый производственный процесс сделает светодиодные лампы эффективнее

В течение следующего десятилетия мощные светодиоды станут еще активнее использоваться вместо обычных систем освещения в домах и офисах по всему миру. Новая технология создания ярких и более прочных светодиодных ламп (LED) сделала первый шаг из научно-исследовательской лаборатории на мировой рынок мощных систем освещения, объем которого оценивается в три миллиарда американских долларов. Новый техпроцесс, который получил называние жидкая штамповка (liquid-forging), значительно улучшает систему охлаждения крошечных электронных устройств, и, похоже, что принесет революцию в производство светодиодов следующего поколения.

Многие электронные устройства должны иметь в своем составе радиаторы, которые используются для предотвращения перегрева. Эффективное охлаждение мощных светодиодов для домов, офисов и уличных фонарей является серьезной проблемой. Производители LED неустанно ищут новые механизмы эффективного теплообмена и оперативно внедряют их в производство, что повышает конкурентоспособность их продукции на мировом рынке, который ежегодно расширяется на 10%. Напомним, что если допустить перегрев светодиодных ламп, это может привести к повреждению их частей и снижению яркости излучаемого света. В ходе перегрева LED теряют эффективность. Но техпроцесс жидкой штамповки, созданный учеными из Сингапурского института производственных технологий (Singapore Institute of Manufacturing Technology; SIMTech), эффективно решает данную проблему.

"Жидкая штамповка представляет собой гибрид между традиционной штамповкой и литьем", говорит Чуа Бенг Ва, ведущий исследователь проекта SIMTech. "Этот техпроцесс особенно полезен, если вам нужно производить более легкие компоненты со сложным функционалом, такие как радиаторы, в конструкции которых используются деформируемые сплавы (обрабатывается методом пластической деформации) алюминия".

Этот техпроцесс обеспечивает значительные дополнительные преимущества для инженеров, которые занимаются созданием систем теплообмена: теплопроводность материалов, созданных с помощью жидкой штамповки, превосходит все ожидания. Новый техпроцесс по данному аспекту обходит обычные методы, такие как литье, в два раза. Ученые уже лицензировали запатентованную технологию ведущим разработчикам систем теплообмена для светодиодных ламп. Соглашение позволяет производителям создавать легкие, высокопроизводительные светодиодные радиаторы с использованием техпроцесса жидкой штамповки.

Техпроцесс отличается высокой масштабируемостью и позволяет создавать сложные детали. С помощью композитных материалов, таких как сплавы меди и алюминия, радиаторы для светодиодных лампочек могут быть созданы в один шаг. Открытие также означает, что радиаторы и светильники могут быть сформированы как единое целое. Этот факт обернется значительной минимизацией затрат на сборку. К тому же если для производства штампованных алюминиевых деталей необходимы прессы с мощностью более 10 тысяч тонн, то жидкая штамповка требует оборудования мощностью не более 2–3 тысяч тонн. Подобные станки на порядок более доступны по цене.

Кроме того, жидкая штамповка, как уже отмечалось, позволяет создавать более сложные конструкции, такие как сложные массивы ребер. Подобное преимущество позволяет увеличить площадь поверхности радиаторов для улучшения отвода тепла. Ученые также подчеркивают, что конечный продукт потребует меньшей обработки, отчасти потому, что техпроцесс позволяет более эффективно использовать сырье. Вдобавок ко всему, поверхность радиаторов может быть анодирована, что еще на 10–15% ускоряет процесс теплопередачи, так как поверхность оксида металла пористая.

Но создатели техпроцесса жидкой штамповки не ограничиваются системами охлаждения светодиодов. Ученые отмечают, что у разработки есть потенциал, чтобы конкурировать с традиционными производственными процессами в биомедицинской, аэрокосмической и автомобильной промышленности. Среди прочего, этот метод может быть использован при создании легкосплавных колесных дисков, корпусов для электронных устройств или поршней. По прогнозам, первые продукты на основе техпроцесса жидкой штамповки будет на прилавках уже в 2013 году.

Жидкая штамповка была разработана командой ученых из SIMTech во главе с Джоном Янгом. В 2008 году команда Янга благодаря своему открытию выиграла наивысшую научную награду Сингапура - National Technology Award.

По материалам Phys.org