案例洞悉环形设计带点阵结构的换热器3D打印的各种挑战

发布网友发布时间：2024-10-23 23:56

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热心网友时间：2024-10-27 15:26

热交换器在设备的长效稳定运行中起着至关重要的作用，尤其在极端条件下表现出色。根据3D科学谷的市场了解，增材制造-3D打印技术在热交换器的制造中展现了独特优势，满足了产品趋向紧凑型、高效性、模块化、多材料的发展趋势，特别是在异形、结构一体化、薄壁、微通道、复杂形状和点阵结构的加工上，传统制造技术难以比拟。

Conflux公司，作为在换热器3D打印领域的探索者，通过多年的专注与不断探索，克服了众多设计和制造挑战，开发了一种全新的基础换热器设计。其通道高度可调整，热交换器尺寸灵活，能够适应不同边界条件，为航空航天、海洋和赛车等多领域提供服务。Conflux的环形设计更擅长均匀分布压力，使其在极端条件下表现出色，为实现快速配置和标准化设计奠定基础。通过在通道内调整翅片和混合结构，Conflux能够微调性能，确保环形设计的热交换器在流动均匀性上优于传统设计。

在热交换器的薄壁设计上，AM-增材制造的优势在于能够将热交换器芯和歧管作为单个整体部件生产，避免了传统制造方法中手动技术可能导致的故障，如钎焊接头问题。薄壁设计允许在不增加阻塞的情况下增加表面积，或在不增加压降的情况下保持表面积并减小零件尺寸，同时降低零件质量。Conflux利用激光粉末床熔化金属3D打印技术（LPBF）实现了热交换器微管设计，实现了数千个管壁厚度仅为几分之一毫米的管子。

复杂的设计细节导致的CAD文件过大，计算机崩溃或长时间打印的问题，Conflux通过创新的CAD建模，部署了参数化建模方法，可以根据边界条件和其他要求进行调整，实现快速配置。环形换热器需要可调节以满足不同边界条件，Conflux采用了同同心通道层的解决方案，使流体从单个入口均匀连接至通向核心的多个环层。此外，Conflux提出了一种独特、高效的设计，用于以非常均匀的流量分布将流体输送到核心，消除“死区”。为处理大型文件，Conflux采用了定制和简化的方法，解决了CAD程序的限制，缩短了从建模、模拟到制造所需的时间。

3D打印热交换器在提高热交换效率的同时，也面临着表面积与压降之间的平衡挑战。增材制造带来的最大挑战之一是在验证和测试阶段，确保所有粉末从通道中清除并检查内部结构的完整性。虽然有许多无损测试技术，但CT扫描可能过于昂贵。此外，对于使用Inconel等致密材料生产的换热器，无法深入表面几厘米进行检查。为了提高产品验证的准确性，Conflux通过建立一个大型相关数据库来预测结果，将数据带回模拟中，查找差异，优化基本核心设计，确保与实际结果密切相关。

随着3D科学谷《3D打印产业化机遇与挑战白皮书》的分析，热交换器将成为下一个产业化的领域。3D打印在热交换器的产业化方面的影响和覆盖面，不仅取决于3D打印设备、材料的价格，还取决于工艺质量的一致可控性以及标准与认证的完善。在批量生产方面，可靠、一致的环形热交换器关键在于Conflux能够创建可靠的参数集和3D打印机配置说明，实现一致的厚度和气密结构。

在3D打印技术中，粉末残留是不可避免的，尤其是在复杂几何形状的环形核心制造中。Conflux需要找到一种方法来完全去除粉末，避免影响流体流动。通过多年开发的构建参数优化，Conflux进行了参数挑战和不断的测试，直到成功地可靠地生成了极小、复杂的几何图形。这些参数是实现Conflux结果的必要条件，任何试图制造环形核心的公司都无法复制。