歐瑞康：3D打印技術(shù)助力熱交換器效率提升

來源：歐瑞康美科表面技術(shù)

熱交換器或熱交換設(shè)備是用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定工藝要求的裝置，是對流傳熱及熱傳導(dǎo)的一種工業(yè)應(yīng)用。熱交換器不僅能提高設(shè)備運(yùn)行效率、延長設(shè)備使用壽命、還能提高能源利用率、保障設(shè)備的安全，因此廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子設(shè)備、工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域。

熱交換的形式
1.被動式（通常為散熱）：
通過散熱結(jié)構(gòu)，利用空氣作為介質(zhì)進(jìn)行熱交換。

2.主動式（散熱/加熱/冷卻），如：
熱交換器
設(shè)備外掛，主動使用流動的空氣作為介質(zhì)進(jìn)行熱交換。
冷卻板/加熱板
設(shè)備外掛，通過介質(zhì)對設(shè)備工作環(huán)境中的氣氛進(jìn)行加熱或冷卻。
介質(zhì)通道
附著在需熱管理的零件中，通過介質(zhì)對零件本體進(jìn)行加熱或冷卻。

傳統(tǒng)熱交換器的制造痛點(diǎn)
傳統(tǒng)熱交換器是由翅片及蓋板組成的方型結(jié)構(gòu)。其體積和重量較大，制造過程比較繁瑣且熱交換率有待提升；

傳統(tǒng)制造方式有限，只能實(shí)現(xiàn)簡單的介質(zhì)通道形態(tài)/路徑。較為復(fù)雜的通道容易造成介質(zhì)流動阻力增大和流動死區(qū)的現(xiàn)象，導(dǎo)致熱交換率大幅降低。

而熱交換器在傳統(tǒng)制造方式上的這些阻礙用3D打印/增材制造技術(shù)可以得到有效解決。

3D打印/增材制造技術(shù)的優(yōu)勢
關(guān)鍵熱交換結(jié)構(gòu)不再局限于翅片形態(tài)，工作區(qū)域的形態(tài)也可以由簡單的方型變成配合設(shè)備/零件的包裹型結(jié)構(gòu)；零部件可一體成型而無需大量的焊接工藝，且整體結(jié)構(gòu)更為輕便。

介質(zhì)通道可以伴隨零部件一體成型，具備路徑復(fù)雜、接觸面大、熱交換率高等優(yōu)勢。

典型應(yīng)用案例
I  用于紡織機(jī)械的加熱板

歐瑞康增材制造解決方案：

材料： AlSi10Mg
該材料具有良好的導(dǎo)熱性能、較好的力學(xué)性能和輕量化特性；
設(shè)計(jì)：DFAM（面向增材的設(shè)計(jì)）
在設(shè)計(jì)上結(jié)合了需求和增材制造工藝的特性，不僅易于成型，更具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱能力；
工藝：LPBF（激光粉床熔化工藝）
尺寸精度高，力學(xué)性能好、工藝穩(wěn)定；

加熱板剖面圖

加熱板流道結(jié)構(gòu)

效果：
產(chǎn)品性能優(yōu)異：流道截面小，表面積大
實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)工藝無法成型或因成本過高望而卻步的設(shè)計(jì)
單件制作周期短
工藝鏈簡單

加熱板3D打印實(shí)物

I 用于賽車的電池冷卻板

歐瑞康增材制造解決方案：

為熱交換和流量的優(yōu)化進(jìn)行了CFD仿真
拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)
該雙螺旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法利用傳統(tǒng)機(jī)加工只能用增材制造成型

效果：
傳熱效率是管道結(jié)構(gòu)的3.75倍，具有優(yōu)異的冷卻性能
壓力損失是管道結(jié)構(gòu)的1/12
與傳統(tǒng)解決方案相比，在提升性能的同時(shí)減少了零件數(shù)量，減輕了部件總體重量