【案例】用Renishaw金屬3D打印機開發(fā)熱交換器

HiETA公司成立于2011年，截至目前已經(jīng)開發(fā)了許多金屬3D打印方法，可以生產(chǎn)用于熱管理的輕量級復雜結(jié)構(gòu)，如內(nèi)燃機部件、渦輪、回收器和燃料電池熱交換器。如今，該公司正在借助英國Renishaw公司的激光粉床金屬3D打印機將其熱交換器從原型轉(zhuǎn)向商業(yè)生產(chǎn)。

“對于幾乎所有的項目，我們都在嘗試減輕部件重量和解決熱管理問題�，F(xiàn)在通過與雷尼紹的合作，我們生產(chǎn)的元件可以比市場上任何同類產(chǎn)品輕40％，同時體積更小，“HiETA公司首席項目工程師Stephen Mellor表示，“這之所以能夠?qū)崿F(xiàn)是因為利用雷尼紹的3D打印機，我們可以許多新穎且高性能的表面集成到單一的組件上。 而采用傳統(tǒng)方法，這幾乎不可能做到。”

熱交換器通常由已經(jīng)焊接在一起的薄片材料制成。但這種材料會令熱交換器很重。同時由于設(shè)計復雜，生產(chǎn)熱交換器不僅難度大而且很耗時。但采用3D打印技術(shù)就可以輕松解決這些問題。目前，這方面的研究已經(jīng)有了許多。而HiETA希望確認該技術(shù)能夠制造出他們需要的薄壁，然后形成一個完整的組件。另外，正如Renishaw所言，他們希望通過項目獲得的經(jīng)驗和知識“將樣品和原型制造過程轉(zhuǎn)化為小批量生產(chǎn)”。

使用Renishaw的AM250 3D打印機，兩家公司合作創(chuàng)建了數(shù)據(jù)并開發(fā)了參數(shù)設(shè)置，成功用鉻鎳鐵合金制造出了厚度僅150微米且無泄漏的薄壁。之后，他們采用同樣的設(shè)置，在Renishaw位于的Stone的工廠和HiETA的Bristol和Bath Science Park總部制作了樣品（隨后進行了熱處理和表征）。最后，他們用這些樣品開發(fā)出了“可以在合理時間內(nèi)”制造完成的全尺寸熱交換器。

兩家公司與英國Delta Motorsports一起參與了兩個獨立的建筑項目 — 第一個是一個立方體熱交換器（回熱器），可用作電動車輛增程器；第二個是一個環(huán)形回流換熱器，目標是將造型設(shè)計得比傳統(tǒng)立方體熱交換器更復雜，因為這樣可以幫助降低成本，同時提高循環(huán)效率和產(chǎn)品性能。得益于內(nèi)部的歧管，環(huán)形換熱器更緊湊，可以纏繞到其它部件周圍。

第一個成功的3D打印組件在17天內(nèi)制造完成。HiETA和Renishaw通過優(yōu)化工藝參數(shù)讓周期縮短了80個小時，同時改進了軟件和硬件。最后根據(jù)測試，組件的重量和體積都降低了30％，滿足傳熱和壓降的要求。

值得一提的是，除了優(yōu)化 Renishaw的設(shè)備以處理更大的樣品之外，HiETA還利用這些項目創(chuàng)建了一個從熱交換器內(nèi)核中提取多余粉末材料的新工藝。同時，他們還將出自項目的流體流動和熱傳遞數(shù)據(jù)納入了自己的計算流體動力學（CFD）和有限元分析（FEA）程序，用于評估新組件設(shè)計的潛在性能。

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編譯自 3DPRINT