新一代 3D 打印热交换器 |EOS GmbH |EOS GmbH

利用工业 3D 打印技术实现新一代热交换技术

Conflux Technology 公司获得了一种高效、紧凑型热交换器设计的专利，其性能来自于一种几何形状，而这种几何形状只能使用增材制造(AM）制造的几何形状。高表面积密度与优化的流体通道和3D 表面特征相结合，造就了高热交换、低重量、低压降的热交换器。在计算流体动力学建模和 AM 设计专业技术的支持下，该产品在快速开发时间内实现了性能优势。由于无需考虑模具问题，因此可以同时制造多个变体。

"我们的客户有与严格的质量和可重复性能相匹配的验收标准。EOS 系统是唯一能够生产具有挑战性的几何形状，同时超出客户要求的 AM 平台。
Michael Fuller | 首席执行官 | Conflux Technology

挑战

提高热交换器的性能，同时减轻重量。

热传递是热力学第一定律的核心，是一项无处不在的挑战。简单地说，热交换器是一种在两种（或多种）流体（通常是液-液、液-气、气-气或多种流体）之间有效传递热量的装置。你可以在空调和汽车发动机等产品中找到它们。此类设备的一个实际优点是能量回收。还有许多其他好处--这是一项应用广泛的复杂技术。热交换器的设计和制造方法随着现有技术的发展而发展，因此也受到这些技术的限制。Conflux 的创始人兼首席执行官 Michael Fuller 曾在汽车赛车行业担任过十多年的工程师。

在这种情况下，热交换器必须在恶劣的环境下工作。因此，我们需要更小、更高效的组件，但传统的制造方法已经达到了极限。迈克尔-富勒（Michael Fuller）看到了 3D 打印的快速和变革性优势，并最终确定增材制造为下一代热交换器的赋能技术。高度复杂的几何形状和迄今为止无法实现的表面积密度可以实现令人信服的热交换性能。而且，还能以高效的体积进行封装。这些组件将对未来的发展产生巨大影响，例如轻型赛车和飞机。当实现功能集成和多变量同步生产时，这些基本机会将得到扩展。迈克尔-富勒（Michael Fuller）准备利用工业 3D 打印技术将这一想法从概念、设计、原型转化为产品。

解决方案

增材制造采用EOS M 290和EOS Aluminum AlSi10Mg

Conflux Technology 对工业增材制造进行了分析，在经过技术尽职调查后，认为 EOS 是唯一具备实现 Conflux 雄心壮志的技术和商业能力的合作伙伴。Conflux^CoreTM设计在经过快速概念验证开发项目后获得了专利。在短短 6 个月内，就制造出了 6 个原型，并开发出了最终产品。在开发过程中，使用了多种工具：计算流体动力学（CFD）通过流动可视化对热交换器的迭代设计进行了补充，并在关联后对性能进行了预测。非线性热机械有限元建模（FEA）用于分析产生的位移和应力，以确保结构的完整性。EOS 设备拥有一套专门的 AM 软件工具，用于数据准备、流程优化和质量保证。在开发 Conflux^CoreTM热交换器的过程中使用了所有这些工具，该热交换器现已应用于航空航天、汽车、石油和天然气、化学处理和微处理器冷却等多个行业。

成果

Conflux^CoreTM热交换器与一级方程式基准进行了比较。Young Calibrations 是英国一家通过 UKAS 认证的实验室，提供认可的校准服务以及热流体和组件测试服务，并对 Conflux 的产品进行了测试。测试结果（见图 1）表明，Conflux 的3D 打印热交换器实现了根本性的改进。AM 使 Conflux 能够设计出内部几何结构，在一定体积内大幅增加表面积。这将热量排出量提高了三倍。同时，压降也降低了三分之二。此外，AM 还实现了热交换器的紧凑型全新设计，与 F1 基准相比，长度减少了 55 毫米。最终还减轻了 22% 的重量。AM 提供的设计灵活性使其能够在车内进行最佳布置，还可以合并部件，减少部件总数。