生活中使用的許多電器或機械設備都依靠傳熱裝置來(lái)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(chē)發(fā)(fā)動(dòng)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(shù)，熱交換器的設計迭代也受到了限制。傳統(tǒng)的熱交換產(chǎn)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(chǎn)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)性，并且非常耗時(shí)，而且用于焊接工藝的材料也增加了部件的整體重量。傳統(tǒng)制造工藝在制造緊湊而復雜的熱交換器產(chǎn)品方面的能力是有限的。

然而，增材制造/3D打印技術(shù)為熱交換器產(chǎn)品重塑帶來(lái)了新的可能性。本期，分享一家從事3D打印熱交換器開(kāi)發(fā)(fā)的企業(yè)(yè)-Conflux，通過(guò)他們所開(kāi)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(shù)在重塑汽車(chē)熱交換器中的價(jià)值與潛力。

Conflux Technology 是一家從事熱和流體工程的企業(yè)(yè)，Conflux 正在使用粉末床熔融金屬3D打印技術(shù)制造創(chuàng )(chuàng)新型汽車(chē)熱交換器。他們開(kāi)發(fā)(fā)了一種新型高效熱交換器ConfluxCore。Conflux 通過(guò)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(shí)，設計師利用3D打印技術(shù)為設計帶來(lái)的自由度，最終開(kāi)發(fā)(fā)出輕量化的熱交換器。魔猴網(wǎng)了解到，Conflux在熱交換器開(kāi)發(fā)(fā)中使用了一系列工具，包括計算流體力學(xué)（CFD），非線(xiàn)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(xué)提供了流動(dòng)可視化和性能預測，非線(xiàn)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(shù)據準備，流程優(yōu)(yōu)化和質(zhì)量保障。

ConfluxCore 3D打印熱交換器的開(kāi)發(fā)(fā)過(guò)程在六個(gè)月之內?，F(xiàn)在他們已經(jīng)使用3D打印設備制造出6個(gè)熱交換器原型，用于驗證，并以此來(lái)開(kāi)發(fā)(fā)最終的熱交換器產(chǎn)品。

ConfluxCore熱交換器熱交換性能與基準數(shù)據的對比

Conflux 公司將 ConfluxCore熱交換器與方程式1基準測試進(jìn)行了比較，Conflux和Young Calibrations（測試實(shí)驗室）發(fā)(fā)現(xiàn)，熱交換器的排熱性能比傳統(tǒng)熱交換器高三倍。

排熱性能提升主要歸功于通過(guò)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(shí)，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(guò)3D打印技術(shù)制造熱交換器還具有靈活性，由于可以在無(wú)需模具的情況下實(shí)現(xiàn)金屬熱交換器的直接制造，Conflux 可以根據用戶(hù)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。

3D打印技術(shù)能夠實(shí)現(xiàn)復雜的點(diǎn)陣結構，由于點(diǎn)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。

根據魔猴網(wǎng)的市場(chǎng)觀(guān)察，不少公司進(jìn)行了通過(guò)點(diǎn)陣結構進(jìn)行散熱的商業(yè)(yè)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(tǒng)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(chē)集團）還與McMaster大學(xué)建立了一項合作，目標是設計一種新的鋁制汽車(chē)散熱器，這個(gè)項目的重點(diǎn)就在于應用點(diǎn)陣結構的組合，這些結構帶來(lái)良好的對流熱交換性能，并且可以實(shí)現(xiàn)可觀(guān)的減重結果。這個(gè)項目開(kāi)發(fā)(fā)的帶有點(diǎn)陣結構的3D打印散熱器，比FCA集團生產(chǎn)的汽車(chē)中使用的汽車(chē)散熱器更輕，并且還可以保證其性能。

來(lái)源：中國3D打印網(wǎng)