金屬3D打印熱交換器散熱冷卻應(yīng)用全景調(diào)研：技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

南極熊導(dǎo)讀：隨著增材制造技術(shù)的飛速發(fā)展，金屬3D打印正在徹底改變熱交換器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式。傳統(tǒng)熱交換器受限于制造工藝，往往難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的熱流路徑和輕量化結(jié)構(gòu)，而金屬3D打印技術(shù)通過逐層堆積的方式，可以制造出傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜內(nèi)部通道和薄壁結(jié)構(gòu)，顯著提升了熱交換效率。

△拓?fù)鋬?yōu)化的螺旋形熱交換器設(shè)計(jì)。圖片來(lái)自 HRL Laboratories 和 Morf3D。

本文系統(tǒng)梳理了全球范圍內(nèi)金屬3D打印熱交換器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、典型企業(yè)案例以及各行業(yè)應(yīng)用情況，特別聚焦于Conflux Technology等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐，并展望這一技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。從航空航天到汽車工業(yè)，從能源系統(tǒng)到電子冷卻，金屬3D打印熱交換器正在多個(gè)領(lǐng)域引發(fā)革命性變革，為全球節(jié)能減排和高效熱管理提供創(chuàng)新解決方案。

行業(yè)領(lǐng)軍者：Conflux Technology的創(chuàng)新實(shí)踐

作為金屬3D打印熱交換器領(lǐng)域的標(biāo)桿企業(yè)，澳大利亞Conflux Technology公司憑借其創(chuàng)新的增材制造技術(shù)和深厚的熱工程專業(yè)知識(shí)，已成為這一細(xì)分市場(chǎng)的全球領(lǐng)導(dǎo)者。公司由具有一級(jí)方程式賽車背景的工程師Michael Fuller創(chuàng)立于2015年，將賽車領(lǐng)域?qū)�極致性能的追求與增材制造的設(shè)計(jì)自由度完美結(jié)合，開發(fā)出了一系列突破性的熱交換器產(chǎn)品。南極熊梳理了Conflux Technology近幾年來(lái)的應(yīng)用案例或者融資報(bào)道，具體包括：

• 2025年5月，Donkervoort將在最新跑車上搭載Conflux的3D打印液—?dú)饫鋮s器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2025年5月，ConfluxTechnology英國(guó)設(shè)立歐洲中心，十周年之際加速金屬3D打印熱交換器全球布局-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2025年3月，氫動(dòng)力VTOL Vertiia 將使用 Conflux 的創(chuàng)新3D打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2024年10月，Conflux獲1100萬(wàn)美元B輪融資，推動(dòng)3D打印熱交換器技術(shù)革新-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2023年10月，ConfluxTechnology 開始批量生產(chǎn)金屬 3D 打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2023年4月，Conflux為奧格斯堡軌道火箭開發(fā)3D打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2023年3月，Conflux將與通用原子公司繼續(xù)合作，為開發(fā)金屬3D打印換熱器開辟新途徑-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2022年12月，CONFLUX推出3D打印高性能筒式換熱器，支持可維護(hù)性和可互換性-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2022年9月，美國(guó)防承包商GA-ASI將與Conflux合作，開發(fā)下一代無(wú)人機(jī)3D打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2022年8月，Conflux正在為航空航天3D打印熱交換器，申請(qǐng)AS9100D質(zhì)量管理體系認(rèn)證-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2022年6月，ConfluxTechnology：3D打印的增壓器冷卻裝置，核心體積減小15%-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2022年5月，Conflux和GKN Additive合作，在歐洲規(guī)模化3D打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
• 2021年10月，3D打印熱交換器，Conflux從AM Ventures獲得4000萬(wàn)元A輪融資-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)
  

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由上可見，Conflux經(jīng)過近十年的技術(shù)積累，其3D打印熱交換器產(chǎn)品現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、國(guó)防、能源和微電子等多個(gè)高要求領(lǐng)域。Conflux的核心競(jìng)爭(zhēng)力在于自主研發(fā)的Conflux生產(chǎn)系統(tǒng)(CPS)，這一系統(tǒng)融合了先進(jìn)的金屬3D打印工藝與熱流體工程設(shè)計(jì)能力。與傳統(tǒng)制造方法相比，Conflux的3D打印熱交換器具有三大顯著優(yōu)勢(shì)：更薄的壁厚實(shí)現(xiàn)更高熱交換效率，復(fù)雜的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化流體路徑，以及整體式設(shè)計(jì)消除傳統(tǒng)多部件組裝帶來(lái)的可靠性問題。這些特性使得Conflux產(chǎn)品在相同體積下能提供更大的熱交換表面積，同時(shí)顯著降低壓降和重量。

TEMISTh：航空航天與能源領(lǐng)域的精密熱管理專家

法國(guó)公司TEMISTh專注于為航空航天、國(guó)防和能源行業(yè)提供高性能熱交換解決方案，近年來(lái)通過與金屬3D打印設(shè)備制造商的戰(zhàn)略合作，在復(fù)雜熱交換器制造領(lǐng)域取得了顯著突破（TEMISTh攜手易加三維，應(yīng)用EP-M300優(yōu)化DESOLINATION熱交換器制造-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)）。2025年5月，TEMISTh宣布與中國(guó)金屬3D打印機(jī)制造商易加三維(Eplus3D)達(dá)成合作，將EP-M300金屬增材制造系統(tǒng)整合進(jìn)其生產(chǎn)流程，顯著提升了熱交換器的生產(chǎn)效率及性能。

△TEMISTh使用中國(guó)易加三維EP-M300打印的熱交換器

TEMISTh將這一技術(shù)應(yīng)用于其"DESOLINATION"項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在將聚光太陽(yáng)能(CSP)與先進(jìn)熱交換系統(tǒng)結(jié)合，提升海水淡化工藝效率。項(xiàng)目要求處理超臨界CO₂與高濃度鹽溶液之間的熱傳遞，對(duì)內(nèi)部通道的幾何結(jié)構(gòu)要求極高。TEMISTh利用EP-M300打印設(shè)備制造了IN718鎳基合金熱交換器芯體，僅用130小時(shí)便完成了整個(gè)制造流程。在航空航天應(yīng)用方面，TEMISTh與AddUp和Sogeclair合作開發(fā)了Inconel 718材料熱交換器，確保薄壁(<0.5mm)無(wú)泄漏和薄翅片(0.15mm)的高精度制造。通過CFD(計(jì)算流體力學(xué))迭代和機(jī)械仿真，結(jié)合AddUp Manager軟件確保3D打印制造過程的可行性，TEMISTh成功開發(fā)出滿足航空航天嚴(yán)苛要求的熱交換器產(chǎn)品。

Oqton 3DXpert：優(yōu)化3D打印熱交換器設(shè)計(jì)流程的軟件先鋒

在金屬3D打印熱交換器生態(tài)系統(tǒng)中，軟件解決方案提供商Oqton 3DXpert開發(fā)的先進(jìn)3D打印工藝軟件大幅提升了熱交換器設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)熱交換器設(shè)計(jì)受限于制造工藝，往往需要在性能與可制造性之間做出妥協(xié)，而Oqton 3DXpert提供的數(shù)字化工具鏈?zhǔn)构こ處熌軌蛲黄七@些限制，充分釋放增材制造的設(shè)計(jì)自由度。（3D打印工藝重塑千億熱交換器市場(chǎng)，Oqton3DXpert如何大幅提升設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率？-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)）

Oqton 3DXpert軟件平臺(tái)集成了從設(shè)計(jì)優(yōu)化到打印準(zhǔn)備的全流程功能，特別針對(duì)熱交換器的特殊需求進(jìn)行了優(yōu)化。軟件支持復(fù)雜內(nèi)部通道的自動(dòng)生成和優(yōu)化，可以根據(jù)熱流模擬結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整通道形狀、尺寸和分布，實(shí)現(xiàn)最佳的熱傳遞效率。同時(shí)，其智能支撐生成算法能夠確保薄壁結(jié)構(gòu)在打印過程中的穩(wěn)定性，減少變形風(fēng)險(xiǎn)。軟件的另一大優(yōu)勢(shì)是多物理場(chǎng)仿真能力，可以在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)熱交換器在實(shí)際工作條件下的性能表現(xiàn)，包括流體流動(dòng)、熱傳遞和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面。這種"數(shù)字孿生"方法顯著減少了物理原型制作和測(cè)試的周期與成本，使熱交換器開發(fā)效率提升數(shù)倍。Oqton 3DXpert已被多家領(lǐng)先的熱交換器制造商采用，成為連接創(chuàng)新設(shè)計(jì)與可靠制造的關(guān)鍵橋梁。

Additive Analytics： 3D 打印電子產(chǎn)品散熱器的推動(dòng)者

伍爾弗漢普頓大學(xué)衍生公司Additive Analytics則專注于電子冷卻領(lǐng)域的熱管理解決方案創(chuàng)新。與散熱器的幾何形狀類似，嵌入式電子散熱器組件對(duì)于管理電子設(shè)備和 CPU 中的散熱至關(guān)重要。Additive Analytics與材料技術(shù)公司 Diamond Hard Surfaces使用 3D 打印技術(shù)制造具有復(fù)雜幾何形狀和增強(qiáng)材料特性的散熱器。

通過采用這種方法，可以開發(fā)散熱器，以最大限度地提高表面積與體積比，從而提高熱交換效率。其產(chǎn)品采用高導(dǎo)熱金屬材料，如銅合金，利用增材制造實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜微通道結(jié)構(gòu)，將熱量快速?gòu)臒狳c(diǎn)傳導(dǎo)至更大散熱表面。這種方案特別適用于人工智能芯片、功率電子等發(fā)熱量大的應(yīng)用場(chǎng)景。

△伍爾弗漢普頓大學(xué)制作的 3D 打印多材料銅部件

集棧科技：數(shù)字工程賦能商業(yè)航天/液冷設(shè)計(jì)

中國(guó)公司集棧科技(Astack)通過計(jì)算工程（Computational Engineering）技術(shù)為金屬3D打印熱交換器帶來(lái)數(shù)字革命：計(jì)算工程技術(shù)為金屬3D打印商業(yè)航天/液冷帶來(lái)數(shù)字革命，集棧創(chuàng)始人專訪-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)。集棧科技創(chuàng)始人林一祎強(qiáng)調(diào)，計(jì)算機(jī)底層編程平臺(tái)和基于仿真或工程實(shí)測(cè)反饋建立的計(jì)算工程AI模型庫(kù)是其核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠大幅縮短熱交換器開發(fā)周期并優(yōu)化性能。運(yùn)用計(jì)算工程和自研模型庫(kù)，可以生成針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景的熱交換器設(shè)計(jì)，并進(jìn)行快速迭代優(yōu)化。這種方法特別適合商業(yè)航天和液冷系統(tǒng)等對(duì)重量和效率極為敏感的領(lǐng)域。

Sintavia：數(shù)字工程與大型化制造的探索者

美國(guó)Sintavia則在大型鎳基超合金熱交換器制造方面取得突破，所使用的材料是船用鎳超合金，整個(gè)組件的外部尺寸約400 x 400 x 1000毫米。該公司利用兩臺(tái)大尺寸AMCM M4K-4金屬3D打印設(shè)備，打印耗時(shí)12天。生產(chǎn)的熱交換器可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)2倍的散熱效率、壓降降低3倍，生產(chǎn)效率提高4倍以上。Sintavia特別注重材料微觀結(jié)構(gòu)的控制和后處理工藝的優(yōu)化，確保產(chǎn)品在極端環(huán)境下的長(zhǎng)期可靠性。其技術(shù)已應(yīng)用于航空航天和能源領(lǐng)域的高性能熱管理系統(tǒng)。（Sintavia金屬3D打印大型鎳超合金熱交換器，散熱效率提高2倍-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)）

△Sintavia 3D打印大型金屬熱交換器。圖片來(lái)自Sintavia

GE Additive：高溫應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的引領(lǐng)者

GE Additive作為工業(yè)級(jí)增材制造的全球領(lǐng)導(dǎo)者，在3D打印熱交換器的高溫應(yīng)用和規(guī)模化生產(chǎn)方面處于行業(yè)前沿。GE開發(fā)的3D打印熱交換器在900℃極端環(huán)境下成功通過測(cè)試，展示了其在最嚴(yán)苛工況下的可靠性能。（GE3D 打印熱交換器在 900℃下測(cè)試-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)）

△在比傳統(tǒng)設(shè)備高近 400°F 的溫度下成功測(cè)試的次級(jí) 3D 打印換熱器原型

GE的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于其全產(chǎn)業(yè)鏈整合能力，從粉末材料、打印設(shè)備到后處理工藝形成完整閉環(huán)。這種垂直整合模式使其能夠嚴(yán)格控制熱交換器制造的全過程質(zhì)量，確保產(chǎn)品的一致性和可靠性。同時(shí)，GE將航空領(lǐng)域的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)引入熱交換器生產(chǎn)，包括無(wú)損檢測(cè)、壓力測(cè)試和長(zhǎng)期耐久性驗(yàn)證等，大大提升了3D打印熱交換器在關(guān)鍵領(lǐng)域的接受度。

技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

盡管金屬3D打印熱交換器已取得顯著進(jìn)展，該技術(shù)仍面臨多項(xiàng)挑戰(zhàn)需要克服。薄壁結(jié)構(gòu)的打印精度和一致性控制是當(dāng)前的主要技術(shù)難點(diǎn)，特別是對(duì)于壁厚小于0.2mm的高縱橫比翅片結(jié)構(gòu)。材料方面，高導(dǎo)熱金屬如純銅的打印仍存在工藝難度，銅對(duì)激光的高反射率導(dǎo)致能量耦合效率低，易產(chǎn)生未熔合缺陷。此外，后處理工藝的優(yōu)化也至關(guān)重要，包括支撐去除、表面處理和密封檢測(cè)等環(huán)節(jié)，這些都直接影響最終產(chǎn)品的性能和可靠性16。

從產(chǎn)業(yè)化角度看，生產(chǎn)成本和制造效率仍是限制3D打印熱交換器更廣泛應(yīng)用的主要因素。雖然增材制造省去了傳統(tǒng)熱交換器所需的模具和組裝工序，但單件打印時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備投資高昂。認(rèn)證體系方面，航空航天和能源等行業(yè)對(duì)熱交換器有嚴(yán)格的資質(zhì)要求，建立完整的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量控制體系需要大量時(shí)間和資源投入。

南極熊判斷，未來(lái)金屬3D打印熱交換器的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)幾個(gè)明確方向：

• 多激光大尺寸設(shè)備的普及將提高生產(chǎn)效率，如易加三維EP-M2050系統(tǒng)配備36個(gè)激光器，可實(shí)現(xiàn)超兩米級(jí)部件的快速打印
• 銅及銅合金打印技術(shù)的突破，如易加三維開發(fā)的紅光激光技術(shù)解決了銅材料高反射率問題，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量米級(jí)銅部件打印
• 數(shù)字孿生技術(shù)的深入應(yīng)用，通過仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝控制，減少試錯(cuò)成本
• 混合制造技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合3D打印與傳統(tǒng)加工的優(yōu)勢(shì)，平衡性能與成本
• 新材料開發(fā)，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化合金成分，如高溫合金、高導(dǎo)熱銅合金等
  

根據(jù)南極熊的市場(chǎng)觀察，熱交換器市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2026年將增長(zhǎng)到約300億美元。隨著這些技術(shù)進(jìn)步，3D打印熱交換器有望從當(dāng)前的高端應(yīng)用逐步滲透到更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，在設(shè)計(jì)自由度和性能提升方面持續(xù)引領(lǐng)行業(yè)創(chuàng)新，為全球節(jié)能減排做出重要貢獻(xiàn)。