应用聚焦：热交换器的 3D 打印

[图片来源：Conflux Technology]

3D 打印的工业应用范围正在突飞猛进。

然而，尽管有这种增长，但在理解 3D 打印的真正能力方面仍然存在很多差距。支持这一事实的是 AMFG 最新的 2019 年 3D 打印行业调查报告，该报告发现缺乏 3D 打印相关知识仍然是当今 3D 打印服务提供商面临的最大挑战之一。

为了阐明 3D 打印在当今工业应用中的使用情况，我们推出了每周一次的应用聚焦系列。在本系列中，我们将研究 3D 打印在特定应用中的使用，并深入探讨主要优势和示例。

本周我们的系列文章是热交换器的 3D 打印。该技术为寻求优化热交换器设计的制造商提供了许多好处。其中重量更轻、体积更小、性能更优越。

但在更详细地探讨其好处之前，让我们先看看什么是热交换器，以及为什么此应用非常适合 3D 打印。

看看本系列中涵盖的其他应用程序：

轴承3D打印

用于自行车制造的 3D 打印

用于数字牙科和透明矫正器制造的 3D 打印

用于医疗植入物的 3D 打印

3D 打印火箭和航天器制造的未来

用于鞋类制造的 3D 打印

电子元件的 3D 打印

铁路行业的 3D 打印

3D 打印眼镜

用于终端零件生产的 3D 打印

支架的 3D 打印

涡轮机零件的 3D 打印

3D 打印如何实现性能更好的液压元件

3D 打印如何支持核电行业的创新

什么是换热器？

热交换器用于温度调节，是工业设备中最关键的部件之一。热交换器使热量从一种流体传递到另一种流体，主要目的是加热元件或冷却它们。

在工业领域，冷却功能被更频繁地使用以防止设备过热.

热交换器的应用范围非常广泛。汽车、轮船和飞机中的发动机都使用热交换器来提高工作效率。空调和制冷系统中的组件（如冰箱）也需要热交换器。

由于应用的广泛性，热交换器的设计可能会有很大差异。大多数传统制造的热交换器具有盘管或板设计。

在最简单的形式中，盘管换热器使用一个或多个盘管，将两种流体分开：一种在管内流动，另一种在管外流动。

板式换热器使用金属薄板来分离两种流体。流体通常沿相反方向流动以改善传热。

为什么3D打印适用于换热器？

使用传统技术生产热交换器通常是一项复杂且耗时的任务，需要成型和焊接等多个步骤。

此外，人们越来越需要使换热器更加紧凑和高效，以提高不断增长的性能要求。然而，当前制造技术的能力往往无法满足这种需求。因此，制造商通常不得不在设计复杂性、成本和交付周期之间做出妥协。

为了克服这些限制并实现新的热交换器设计，公司开始研究 3D 打印的功能。

热交换器如何从 3D 打印中受益？

通过更复杂的几何形状提高性能

3D 打印以其将复杂形状变为现实的能力而闻名。在设计热交换器时，这一优势可用于在组件内部创建薄至 200 微米的壁和小而复杂的流道。

这意味着工程师可以设计出内部传热面更大的换热器。表面积越大，可以带走的热量越多，从而提高了换热器的性能。

减轻重量和尺寸

当今的大多数热交换器具有直线、矩形或管壳设计。由于它们独特的形状，将这些热交换器安装到设备中可能具有挑战性。另一方面，3D 打印允许工程师将设备制造得更轻、更小，但具有相同甚至更好的性能

通过 3D 打印实现的新形状和内部特征促进了热交换器的小型化.因此，3D 打印的热交换器具有更紧凑的形状，可满足狭小的空间要求。

简化生产

传统上，热交换器的生产涉及多个步骤，包括成型、钎焊和焊接。然而，这些步骤昂贵且耗时。

当使用3D打印直接生产换热器时，可以省去所有这些操作，从而简化生产过程。

更好的质量

此外，一个 3D 打印的热交换器是在一次操作中构建的，因此没有可能产生泄漏的接缝或接头。由于生产更直接，过程可变性更低，整体质量有望更高。

3D 打印换热器示例

航空航天、赛车运动和能源行业目前在开发 3D 打印热交换器方面处于领先地位。

Conflux Core：热交换器的新标杆

Conflux Technology 是一家澳大利亚公司，专门从事热和流体组件的金属 3D 打印。此类组件用于汽车、赛车和航空航天等行业。

通过利用 3D 打印，Conflux 开发了一种称为 Conflux Core 的独特热交换器设计并获得了专利。

使用 3D 打印可以在 Conflux Core 组件内部创建高度复杂的几何图形，从而增加其表面积。这使得热排热增加了三倍。与一级方程式基准相比，新设计的重量减轻了 22%，长度减少了 55 毫米。

此外，3D 打印实现了极其快速的开发过程，仅用了六个月。

最后，由于 3D 打印的设计灵活性，Conflux 团队能够将子组件合并为单个部件。除了简化设计之外，合并的零件还需要更少的生产材料，从而有可能降低材料费用。对于使用 Conflux Core 的制造商而言，零件整合可以缩短组装时间并减少接头和接缝处的故障点。

GE 的肺热交换器

GE Research 正在开发一种可提高发电设备工作温度和热效率的热交换器。令人惊讶的是，为了实现这一目标，该团队提出了一种受人肺启发的创新设计。

GE 换热器具有三叉通道网络，可将燃气轮机中的热空气排出。该网络与另一个充满较冷工作流体的通道网络交织在一起，以相反的方向运行。热空气和冷流体不会相互混合，但它们靠得很近，可以进行有效的热交换。

这种新型热交换器可以帮助发电厂处理 1,650 华氏度（871 度）的温度C）。这比当前的热交换器高 450 华氏度（232 摄氏度）。

该团队发现，能够产生这种设计的唯一技术是 3D 打印。

该 3D 打印换热器将使用 GE Research 专门为此技术开发的独特、耐高温、抗裂的镍高温合金制造。

该组合3D 打印提供的设计自由度和高温合金的强度将实现热交换器性能的阶跃变化。

使用先进技术满足先进要求

热交换器是 3D 打印的绝佳应用。该技术提供了显着的设计灵活性，可实现更紧凑的形状和更高的性能。

由于其独特的能力，3D打印可能成为制造热交换器的关键技术。凭借如此灵活的板载技术，热交换器制造商将能够正面满足新的尺寸和性能要求。

在我们的下一篇文章中，我们将研究轴承的 3D 打印.敬请期待！