歐瑞康：3D打印技術助力熱交換器效率提升

來源：歐瑞康美科表面技術

熱交換器或熱交換設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的一種工業(yè)應用。熱交換器不僅能提高設備運行效率、延長設備使用壽命、還能提高能源利用率、保障設備的安全，因此廣泛應用于航空航天、汽車、電子設備、工業(yè)設備領域。

熱交換的形式
1.被動式（通常為散熱）：
通過散熱結構，利用空氣作為介質進行熱交換。

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

傳統(tǒng)熱交換器的制造痛點
傳統(tǒng)熱交換器是由翅片及蓋板組成的方型結構。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，只能實現(xiàn)簡單的介質通道形態(tài)/路徑。較為復雜的通道容易造成介質流動阻力增大和流動死區(qū)的現(xiàn)象，導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/增材制造技術可以得到有效解決。

3D打印/增材制造技術的優(yōu)勢
關鍵熱交換結構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備/零件的包裹型結構；零部件可一體成型而無需大量的焊接工藝，且整體結構更為輕便。

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

典型應用案例
I  用于紡織機械的加熱板

歐瑞康增材制造解決方案：

材料： AlSi10Mg
該材料具有良好的導熱性能、較好的力學性能和輕量化特性；
設計：DFAM（面向增材的設計）
在設計上結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)秀的導熱能力；
工藝：LPBF（激光粉床熔化工藝）
尺寸精度高，力學性能好、工藝穩(wěn)定；

加熱板剖面圖

加熱板流道結構

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

加熱板3D打印實物

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)化進行了CFD仿真
拓撲優(yōu)化結構
該雙螺旋內部結構無法利用傳統(tǒng)機加工只能用增材制造成型

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