金屬3D打印熱交換器應(yīng)用阻礙和前景展望

南極熊導(dǎo)讀：金屬3D打印技術(shù),，在熱交換器的制造上,，有什么應(yīng)用潛力和阻礙呢,？
澳大利亞Conflux Technology公司是一家設(shè)計(jì)和工程公司，使用激光粉末床熔融（LPBF）技術(shù),，專業(yè)3D打印緊湊型高性能熱交換器,，包括設(shè)計(jì)、開發(fā),、生產(chǎn),、后處理等一條龍服務(wù)。并且,，得到了德國工業(yè)級3D打印龍頭EOS旗下的全球3D打印基金AM Ventures的投資,。

△Conflux的CTO認(rèn)為，3D打印熱交換器，需要了解DfAM,、熱傳導(dǎo)和流體力學(xué)原理以及增材制造過程


金屬3D打印技術(shù)在過去10年得到飛速的發(fā)展,，在航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多；同時(shí)也非常適合制造熱交換器,。

但是,，與傳統(tǒng)高性能熱交換器的制造方法相比，增材制造仍是一項(xiàng)新興技術(shù),。Conflux的經(jīng)驗(yàn)表明，3D打印交換器相對具有挑戰(zhàn)性,。想要成功,，需要對DfAM（用于增材制造的設(shè)計(jì)），傳熱和流體力學(xué)的基本原理,，熱流體模擬以及增材制造過程的深刻理解,。

以下是Conflux在3D打印熱交換器中，考慮的三個(gè)關(guān)鍵因素：

1.表面積密度,。目標(biāo)是在不損害設(shè)計(jì)或增加重量的情況下,，最大化包裝成給定體積的表面積。

通常將產(chǎn)品與傳統(tǒng)制造的熱交換器進(jìn)行比較,，而不是與3D打印的熱交換器進(jìn)行比較,。它帶來的競爭挑戰(zhàn)是，傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的特征壁厚,，可能比同類最佳的中型和大幅面激光金屬3D打印系統(tǒng)所能達(dá)到的厚度,，薄2到3倍。使得利用增材制造的其他優(yōu)勢更加重要,。

2.大型CAD和構(gòu)建文件,。表面積密度的重要性，意味著3D打印熱交換器,，通常包含大型且密集的復(fù)雜特征陣列,。結(jié)果是產(chǎn)生非常大的本地CAD和構(gòu)建文件，從而使幾何圖形和構(gòu)建數(shù)據(jù)的創(chuàng)建和操作非常耗時(shí),。

近年來,，一部分金屬3D打印機(jī)的發(fā)展集中在升級為生產(chǎn)級平臺(tái)，具有多個(gè)激光器,、過程監(jiān)控工具,、集成粉末回收和拆箱站。
△熱交換器的設(shè)計(jì)概念

3.產(chǎn)品合格標(biāo)準(zhǔn),。熱交換器制造商在資格和認(rèn)證方面面臨獨(dú)特的挑戰(zhàn),，因?yàn)楸”跉饷芙Y(jié)構(gòu)中的單個(gè)缺陷或針孔，可能意味著按設(shè)計(jì)執(zhí)行或不執(zhí)行的設(shè)備之間的差異,。

傳統(tǒng)制造的熱交換器,，是根據(jù)隨時(shí)間推移生成的表格和標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)和確定尺寸的,。這并不意味著傳統(tǒng)方法制造沒有痛點(diǎn)，而是標(biāo)準(zhǔn)和其他指南,，一定程度上確立了信心,。

△增材制造的雙水增壓空氣冷卻器（等軸測圖）

增強(qiáng)信心

如何做才能加快和簡化鑒定和驗(yàn)證過程，并增強(qiáng)對3D打印熱交換器的信心,？這里有一些建議：

-理解缺陷的性質(zhì)和位置,，比試圖消除所有缺陷更為關(guān)鍵。例如,，有時(shí)會(huì)錯(cuò)誤地將重點(diǎn)放在零件的孔隙率上,。需要理解的是，孔隙率不一定會(huì)對性能產(chǎn)生負(fù)面影響,。

-在生產(chǎn)流程中包括深入而強(qiáng)大的工藝程序,，例如過程監(jiān)控、計(jì)算機(jī)斷層掃描,、性能,、耐用性和疲勞測試。

-減少3D打印處理流程中的歧義,，尤其是在校準(zhǔn),、微調(diào)和不同金屬3D打印機(jī)均一性方面。這很重要,，因?yàn)槿绻�我們要打包一整套相同的�?gòu)建數(shù)據(jù)（材料,，幾何形狀，支撐結(jié)構(gòu),，過程和構(gòu)建參數(shù)）,，然后在四個(gè)或四個(gè)公司的同一品牌和型號(hào)的金屬3D打印系統(tǒng)上，3D打印零件在不同的位置,，一致性遇到挑戰(zhàn),。證據(jù)表明，“圈中的人”在數(shù)字制造領(lǐng)域仍具有重大影響,。


未來展望
2018年,，全球熱交換器市場容量為180億美元，預(yù)計(jì)到2026年增長到約300億美元（《財(cái)富》業(yè)務(wù)洞察報(bào)告）,。

△3D打印的空氣冷卻器的底視圖

以下列出了五種方法來幫助增加金屬3D打印的市場應(yīng)用：
1.提高生產(chǎn)率,。基于激光的金屬3D打印機(jī)仍然太慢且昂貴,。需要的是將生產(chǎn)率提高10倍,，而又不增加零件成本或機(jī)器成本。
2.提高精度分辨率。中型到大型金屬3D打印系統(tǒng),，需要把可實(shí)現(xiàn)最小壁厚減少2到3倍,，這將為新的熱交換器應(yīng)用打開大門。
3.開發(fā)新材料,�,！颁R”的推出，即一種超輕,、高強(qiáng)度,、導(dǎo)熱、耐腐蝕的材料,，可以在高溫下持續(xù)工作,。
4.編寫3D打印熱交換器標(biāo)準(zhǔn)。特定標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)建和實(shí)施,，可以幫助熱交換器的鑒定和認(rèn)證。
5.市場教育,。整個(gè)3D打印圈都需要一起來教育市場,，并提供準(zhǔn)確的信息。