案例：通過3D打印技術進行熱交換器重塑

生活中使用的許多電器或機械設備都依靠傳熱裝置來保持能量和熱量的平衡，以確保設備運行順暢，例如空調、冰箱和汽車發動機等，這些傳熱裝置就是熱交換器。通常，熱交換器在兩種流體之間傳遞熱量：液 – 液，液 – 氣或氣 – 氣。

盡管熱交換器的應用非常普遍，但是受限于制造技術，熱交換器的設計迭代也受到了限制。傳統的熱交換產品通常由焊接在一起的薄片材料制成，在這種制造方式下，如果設計的復雜性上升就將使得生產充滿挑戰性，并且非常耗時，而且用于焊接工藝的材料也增加了部件的整體重量。傳統制造工藝在制造緊湊而復雜的熱交換器產品方面的能力是有限的。

然而，增材制造/3D打印技術為熱交換器產品重塑帶來了新的可能性。本期，分享一家從事3D打印熱交換器開發的企業-Conflux，通過他們所開展的一些工作以及使用的一些方法，一起了解粉末床熔融金屬3D打印技術在重塑汽車熱交換器中的價值與潛力。

 熱交換性能的提升

Conflux Technology 是一家從事熱和流體工程的企業，Conflux 正在使用粉末床熔融金屬3D打印技術制造創新型汽車熱交換器。他們開發了一種新型高效熱交換器ConfluxCore。Conflux 通過EOS 的金屬粉末熔融設備制造了 ConfluxCore 原型，打印材料為鋁AlSi10Mg。

在設計ConfluxCore時，設計師利用3D打印技術為設計帶來的自由度，最終開發出輕量化的熱交換器。3D科學谷了解到，Conflux在熱交換器開發中使用了一系列工具，包括計算流體力學（CFD），非線性熱機械有限元建模（FEA）和EOS的增材制造軟件工具套件。計算流體力學提供了流動可視化和性能預測，非線性熱機械有限元建模用于理解合成位移和應力，EOS的增材制造軟件工具套件用于數據準備，流程優化和質量保障。

ConfluxCore 3D打印熱交換器的開發過程在六個月之內。現在他們已經使用3D打印設備制造出6個熱交換器原型，用于驗證，并以此來開發最終的熱交換器產品。

ConfluxCore熱交換器熱交換性能與基準數據的對比

Conflux 公司將 ConfluxCore熱交換器與方程式1基準測試進行了比較，Conflux和Young Calibrations（測試實驗室）發現，熱交換器的排熱性能比傳統熱交換器高三倍。

排熱性能提升主要歸功于通過3D打印制造的復雜內部幾何結構，這些結構使得熱交換器在不增加體積的情況下，增加了表面積，與此同時，3D打印部件的壓降減少了三分之二，交換器的尺寸減小了55毫米，重量減輕了22％。這種功能集成化的設計，還減少了熱交換器所需的部件和對焊接的需求。

此外，通過3D打印技術制造熱交換器還具有靈活性，由于可以在無需模具的情況下實現金屬熱交換器的直接制造，Conflux 可以根據用戶的具體用途，調整熱交換器的大小和形狀，并快速按需制造出新的熱交換器。

Review

3D打印技術能夠實現復雜的點陣結構，由于點陣結構的存在從而保持了廣泛的熱交換表面，可以獲得較高的散熱表面/體積比。

根據3D科學谷的市場觀察，不少公司進行了通過點陣結構進行散熱的商業化努力，其中包括HiETA Technologies與Delta Motorsport合作設計和制造、用于微型燃氣渦輪系統的并流換熱器，以及本文所提及的Conflux 新一代高效熱交換器。

而此前，菲亞特克萊斯勒(FCA汽車集團）還與McMaster大學建立了一項合作，目標是設計一種新的鋁制汽車散熱器，這個項目的重點就在于應用點陣結構的組合，這些結構帶來良好的對流熱交換性能，并且可以實現可觀的減重結果。這個項目開發的帶有點陣結構的3D打印散熱器，比FCA集團生產的汽車中使用的汽車散熱器更輕，并且還可以保證其性能。

轉載自：中國3D打印網