美國企業(yè)(yè)集團(tuán)GE的研發(fā)(fā)部門(mén)GE Research已經(jīng)(jīng)成功地在高達(dá)900°C的溫度下測(cè)試了一種新型3D打印熱交換器原型。與馬里蘭大學(xué)(xué)和橡樹(shù)嶺國家實(shí)(shí)驗(yàn)室（ORNL）一起設(shè)計(jì)的GE Research的次規(guī)模熱調(diào)節(jié)裝置具有獨(dú)特的葡萄狀幾何形狀，使其具有極端的耐熱和耐壓性能?，F(xiàn)在已經(jīng)(jīng)通過(guò)了初步試驗(yàn)，其溫度超過(guò)了目前最先進(jìn)(jìn)的設(shè)備的能力，超過(guò)了200°C，通用電氣研究公司表示，其原型可以在能源部門(mén)找到應(yīng)用，"在現(xiàn)有和下一代發(fā)(fā)電廠(chǎng)和噴氣發(fā)(fā)動(dòng)(dòng)機(jī)平臺(tái)上實(shí)(shí)現(xiàn)更清潔、更有效的發(fā)(fā)電"。

據(jù)通用電氣研究院的首席工程師Lana Osusky說(shuō)，增材制造在項(xiàng)目的早期成功中發(fā)(fā)揮了重要作用。"她說(shuō)："3D打印工藝和設(shè)計(jì)工具所提供的設(shè)計(jì)自由度使我們能夠更迅速地開(kāi)發(fā)(fā)、建造和測(cè)試新的熱交換器設(shè)計(jì)，這在以前是不可能的。"我們可能不想吃這些葡萄，但當(dāng)我們完成這個(gè)(gè)關(guān)(guān)鍵的里程碑時(shí)(shí)，我們還是嘗到了勝利的滋味"。

通用電氣研究院和3D打印

作為一家跨國企業(yè)(yè)集團(tuán)的研發(fā)(fā)部門(mén)，通用電氣研究院從事的項(xiàng)目范圍很廣，從先進(jìn)(jìn)的機(jī)器人到生物制品，但它也有一個(gè)(gè)強(qiáng)大的3D打印團(tuán)隊(duì)，專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)(fā)材料、機(jī)械工藝和光學(xué)(xué)技術(shù)(shù)，以提高該技術(shù)(shù)的潛力，特別是在國防應(yīng)用中。在其之前的身份--通用電氣全球研究部下，該業(yè)(yè)務(wù)(wù)得到了America Makes的支持，與勞倫斯-利弗莫爾國家實(shí)(shí)驗(yàn)室（LLNL）一起開(kāi)發(fā)(fā)了一臺(tái)商業(yè)(yè)級(jí)金屬3D打印機(jī)。該項(xiàng)目緊隨通用電氣研究公司的美國海軍合同之后，該公司獲得了900萬(wàn)美元的資金，用于開(kāi)發(fā)(fā)一種數(shù)字配對(duì)海軍零件的方法，以加速關(guān)(guān)鍵任務(wù)(wù)設(shè)備的生產(chǎn)(chǎn)。

最近，GE研究院的Forge實(shí)(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一個(gè)(gè)安全的3D打印區(qū)塊鏈網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)，能夠以保護(hù)數(shù)據(jù)免受網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)攻擊的方式進(jìn)(jìn)行加密，并從國防高級(jí)研究計(jì)劃局獲得了進(jìn)(jìn)一步的軍事資助，以增材制造一個(gè)(gè) "憑空產(chǎn)(chǎn)生水 "的系統(tǒng)。鑒于通用電氣在航空航天領(lǐng)(lǐng)域有著(zhù)悠久的歷史，而且其通用電氣航空部門(mén)已經(jīng)(jīng)主動(dòng)(dòng)采用了3D打印技術(shù)(shù)，因此其通用電氣研究部門(mén)現(xiàn)在開(kāi)發(fā)(fā)了一種優(yōu)(yōu)化的熱調(diào)節(jié)裝置也就不足為奇了，它說(shuō)這種裝置可以在飛行中 "打破效率障礙 "并 "減少碳排放"。

通用電氣研究部的3D打印次規(guī)模熱交換器原型。圖片來(lái)自通用電氣研究院。

達(dá)到一個(gè)(gè)熱能的里程碑

自2019年初以來(lái)，GE研究院一直在通過(guò)ARPA-E的 "通過(guò)材料和制造工藝的高強(qiáng)度熱交換 "或 "HITEMMP "計(jì)劃開(kāi)發(fā)(fā)其新型熱交換器。原則上，這個(gè)(gè)價(jià)(jià)值310萬(wàn)美元的項(xiàng)目旨在產(chǎn)(chǎn)生一種緊湊的耐溫耐壓熱交換器，能夠以更高的效率運(yùn)行電力渦輪機(jī)和噴氣發(fā)(fā)動(dòng)(dòng)機(jī)。

在該項(xiàng)目中，由Osusky領(lǐng)(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)(gè)跨學(xué)(xué)科專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)利用GE研究院設(shè)計(jì)的鎳超合金，創(chuàng )(chuàng)造了他們稱(chēng)之為 "UPHEAT "的熱交換器。通過(guò)大量的模擬、原型設(shè)計(jì)和測(cè)試，科學(xué)(xué)家們的3D打印設(shè)備具有薄壁單元的集合，松散地類(lèi)似于葡萄。與著(zhù)名的腐蝕科學(xué)(xué)專(zhuān)家ORNL合作，GE Research現(xiàn)在已經(jīng)(jīng)測(cè)試了其溫度調(diào)節(jié)裝置的熱阻，它不僅達(dá)到了項(xiàng)目的最初目標(biāo)900°C，而且實(shí)(shí)現(xiàn)了接近一半的目標(biāo)壓力3626磅/平方英寸，該團(tuán)隊(duì)打算在2022年第一季度之前交付一個(gè)(gè)完全符合要求的示范原型。

"從調(diào)節(jié)你在飛機(jī)上呼吸的空氣到保持你的汽車(chē)發(fā)(fā)動(dòng)(dòng)機(jī)、計(jì)算機(jī)和其他電子產(chǎn)(chǎn)品的冷卻，熱交換器發(fā)(fā)揮著(zhù)重要的功能，在我們的日常生活中無(wú)處不在，"通用電氣在其發(fā)(fā)布的新聞稿中總結(jié)道。"對(duì)GE來(lái)說(shuō)，這些設(shè)備對(duì)于以最清潔、最有效的方式為世界提供大規(guī)模發(fā)(fā)電和噴氣推進(jìn)(jìn)系統(tǒng)至關(guān)(guān)重要。"

優(yōu)(yōu)化熱交換器設(shè)計(jì)

在過(guò)去的三年里，3D打印所釋放的設(shè)計(jì)靈活性已經(jīng)(jīng)越來(lái)越多地看到該技術(shù)(shù)被用來(lái)開(kāi)發(fā)(fā)具有獨(dú)特幾何形狀和熱阻質(zhì)(zhì)量的熱交換器。例如，2021年2月，3D Systems公司與美國陸軍簽訂合同，幫助生產(chǎn)(chǎn)3D打印拓?fù)鋬?yōu)化的熱交換器。早在2019年5月，ARPA-E還授予密歇根州立大學(xué)(xué)230萬(wàn)美元，用于開(kāi)發(fā)(fā)一種用于發(fā)(fā)電應(yīng)用的新型添加劑制造的熱交換器。使用適合LPBF的合金，該團(tuán)隊(duì)正在努力創(chuàng )(chuàng)建一個(gè)(gè)可擴(kuò)展的、緊湊的熱設(shè)備，該設(shè)備具有很強(qiáng)的抗腐蝕性和高溫性。

與此同時(shí)(shí)，固態(tài)(tài)金屬3D打印專(zhuān)家Fabrisonic公司一直與美國宇航局的噴氣推進(jìn)(jìn)實(shí)(shí)驗(yàn)室（JPL）合作，3D打印可用于太空的熱交換器。本月早些時(shí)(shí)候，該公司能夠幫助設(shè)計(jì)一個(gè)(gè)新的單件零件，消除了幾十個(gè)(gè)在長(cháng)期任務(wù)(wù)中可能出現(xiàn)故障的小部件和接頭。

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