3D-gedruckter Wärmetauscher

Die Wärmeübertragung ist eine allgegenwärtige Herausforderung, die im Mittelpunkt des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik steht. Ein Wärmetauscher ist, einfach ausgedrückt, ein Gerät, das effektiv Wärme zwischen zwei (oder mehr) Flüssigkeiten überträgt, in der Regel eine Flüssigkeit-Flüssigkeit, ein Flüssiggas, ein Gas-Gas oder mehrere Flüssigkeiten. Man findet sie in Produkten wie Klimaanlagen und Automotoren. Ein praktischer Vorteil solcher Geräte ist die Energierückgewinnung. Es gibt noch zahlreiche weitere Vorteile - es handelt sich um eine komplexe Technologie mit einem breiten Anwendungsspektrum. Die Konstruktionen und Herstellungsverfahren von Wärmetauschern haben sich mit den vorherrschenden Technologien weiterentwickelt und sind folglich durch diese begrenzt worden. Der Gründer und CEO von Conflux, Michael Fuller, war mehr als ein Jahrzehnt als Ingenieur in der Automobilrennsportindustrie tätig.

Hier müssen die Wärmetauscher in rauen Umgebungen funktionieren. Daher werden kleinere und effizientere Komponenten gesucht, aber die subtraktiven Fertigungsmethoden sind an ihre Grenzen gestoßen. Michael Fuller erkannte die schnellen und transfomativen Vorteile des 3D-Drucks und identifizierte schließlich die additive Fertigung als Basistechnologie für die nächste Generation von Wärmetauschern. Hochkomplexe Geometrien mit bisher unerreichten Oberflächendichten, die zu einer überzeugenden Wärmeaustauschleistung führen, könnten erreicht werden. Und dies in effizienten Volumina verpackt. Solche Bauteile könnten sich dramatisch auf künftige Entwicklungen auswirken, etwa auf leichtere Rennwagen und Flugzeuge. Diese grundlegenden Möglichkeiten werden erweitert, wenn Funktionen integriert und die gleichzeitige Produktion mehrerer Varianten realisiert wird. Michael Fuller sollte diese Idee mit Hilfe des industriellen 3D-Drucks vom Konzept über das Design bis hin zum Prototyp und zum Produkt bringen.

Der Conflux ^{CoreTM-Wärmetauscher} wurde mit einer Formel-1-Benchmark verglichen. Young Calibrations, ein UKAS-zertifiziertes Labor im Vereinigten Königreich, das akkreditierte Kalibrierungsdienste und Dienstleistungen zur Prüfung von Thermofluiden und Komponenten anbietet, hat das Produkt von Conflux getestet. Die Ergebnisse (siehe Abb. 1) unterstreichen die radikale Verbesserung, die Conflux mit seinem 3D-gedruckten Wärmetauscher erreicht hat. Mit AM konnte Conflux interne Geometrien entwerfen, die die Oberfläche in einem gegebenen Volumen radikal vergrößerten. Dadurch konnte die Wärmeabfuhr verdreifacht werden. Gleichzeitig wurde der Druckabfall um zwei Drittel reduziert. Darüber hinaus ermöglichte AM ein kompaktes und neues Design des Wärmetauschers, dessen Länge im Vergleich zu einem F1-Benchmark um 55 mm reduziert wurde. Dadurch werden letztlich auch 22 Prozent Gewicht eingespart. Die Designflexibilität, die AM bietet, erlaubt eine optimale Platzierung im Fahrzeug und ermöglicht auch die Zusammenlegung von Komponenten, wodurch die Gesamtzahl der Teile reduziert wird.