3D打印工藝重塑千億熱交換器市場(chǎng)，Oqton 3DXpert如何大幅提升設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率？

導(dǎo)讀：熱交換器是用來(lái)交換熱量的部件，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天、化工、發(fā)電廠(chǎng)、家用空調(diào)和電子設(shè)備等各個(gè)行業(yè)。 當(dāng)有些設(shè)備工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而這些多余的熱量如若不能快速散去就會(huì)聚積起來(lái)產(chǎn)生高溫，會(huì)對(duì)正在工作中的設(shè)備造成損壞，熱交換器便在此時(shí)起到保持能量和熱量的平衡的作用。

如華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)全球熱交換器市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，其中中國(guó)熱交換器行業(yè)由2015年的771億元提升至2020年的1318億元，且未來(lái)仍保持發(fā)展趨勢(shì)。在普適的應(yīng)用情景和廣闊的市場(chǎng)需求背景下，對(duì)于熱交換器的制造技術(shù)衍生出了更高的要求。傳統(tǒng)制造方式下，無(wú)法完美呈現(xiàn)熱交換器的部分復(fù)雜設(shè)計(jì)或精細(xì)構(gòu)造，用于焊接工藝的材料無(wú)可避免的會(huì)增加部件重量，且耗時(shí)漫長(zhǎng)。在種種局限下，3D打印融合增材制造工藝為重塑熱交換器帶來(lái)了新的可能性。對(duì)此，位于美國(guó)的制造商ADDMAN深有體會(huì)。

Oqton 3DXpert助力ADDMAN生產(chǎn)制造
ADDMAN 是一家總部位于美國(guó)的增材制造解決方案供應(yīng)商，專(zhuān)攻增材制造、精密加工和冶金，致力于讓客戶(hù)將零件從概念轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)，為設(shè)計(jì)、制造、后處理和質(zhì)量檢驗(yàn)提供所有必需的工具。ADDMAN 公司在印第安納波利斯的工廠(chǎng)為各行業(yè)生產(chǎn)精密零部件，其中絕大部分業(yè)務(wù)來(lái)自航空航天業(yè)，特別是熱交換器和中間冷卻器這類(lèi)使用鎳合金等高溫金屬且具有內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)的零件。

在最初嘗試制造熱交換器的過(guò)程中，ADDMAN 公司的首席增材制造工程師David Buschemeyer 試圖將 STL 文件導(dǎo)入相關(guān)增材制造項(xiàng)目的軟件時(shí)，發(fā)現(xiàn)原來(lái)的系統(tǒng)難以處理如此高精度的設(shè)計(jì)�！拔覀円�打印的很多零件對(duì)細(xì)節(jié)特征有高標(biāo)準(zhǔn)要求，所以最終生成的 STL 文件非常大，以至于沒(méi)法把這個(gè)文件加載到我們之前使用的軟件中。但要是我們把 STL 做得不那么精確來(lái)壓縮到可導(dǎo)入的大小，就會(huì)丟失太多零件上的細(xì)節(jié) ” David Buschemeyer這樣說(shuō)道。

為了免去加載 STL 文件的環(huán)節(jié)，他使用了 Oqton的增材制造軟件3DXpert。 “在3DXpert的幫助下，我們可以直接使用實(shí)體模型，不需要轉(zhuǎn)換為STL文件，這省去了10% 的前期時(shí)間�！�Buschemeyer 說(shuō)，“我們最近在一個(gè)熱交換器內(nèi)部進(jìn)行了一些Gyroid曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這在以前是無(wú)法有效完成的�！�

時(shí)間成本的大幅節(jié)約還體現(xiàn)在切片過(guò)程中，工程師不需要再重新構(gòu)建整個(gè)底板，只需要復(fù)制切片，在底板上快速移動(dòng)零件，通常在一塊底板上就能擺放30 個(gè)零件，單個(gè)零件切片所需的時(shí)間已經(jīng)從四到五個(gè)小時(shí)減少到 30 分鐘。

改用 3DXpert 后，我們有了更多可支配時(shí)間，因此可以承接的項(xiàng)目就更多了，能夠投入工程的時(shí)間也就更多了。我們已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了 20% 的效率提升，在較大的零件或大批量構(gòu)建中表現(xiàn)最為明顯。
——Buschemeyer

歷史記錄是另一項(xiàng) Buschemeyer 高度重視的功能：“3DXpert 還有一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，如果客戶(hù)要求對(duì)零件進(jìn)行修改，我們不必從頭開(kāi)始重做所有的工作，而是可以只針對(duì)特定項(xiàng)進(jìn)行修改。我們可以導(dǎo)入客戶(hù)的新文件，同時(shí)保留大部分已完成的工作，無(wú)需重新生成所有支撐件�！�

增材制造過(guò)程中，工程師經(jīng)常需要在客戶(hù)的設(shè)計(jì)模型基礎(chǔ)上額外設(shè)計(jì)加工余量。增材制造組件的表面通常很粗糙，必須通過(guò)數(shù)控銑削 (CNC) 打磨平整，需要在制作時(shí)加入加工余量以補(bǔ)償表層損耗。為此，制造商往往需要額外編輯客戶(hù)的 CAD 設(shè)計(jì)文件。由于3DXpert 具備混合建模功能，制造商可以自己編輯 CAD 文件，最后將其進(jìn)行打印編程。

除此之外，借助 B-rep 數(shù)據(jù)和 CAD 功能，帶孔零部件的制造管理也變得更加快捷。要想在增材制造生成的零件上開(kāi)孔，制造商首先要從原始設(shè)計(jì)文件中刪除該孔，并在后處理中進(jìn)行鉆孔。大多數(shù)3D打印軟件使用網(wǎng)格文件（如STL），如果不能直接編輯 CAD 文件，工程師們?cè)谶@方面花費(fèi)的時(shí)間往往更多。Buschemeyer 很喜歡 3DXpert 在實(shí)體模型中即可閉合孔洞的功能。

手把手教你創(chuàng)建熱交換器
為ADDMAN公司創(chuàng)造極大價(jià)值的3DXpert具體是如何實(shí)現(xiàn)熱交換器的設(shè)計(jì)制造呢？

第一步：導(dǎo)入模型
首先，打開(kāi)最新版3DXpert 22，導(dǎo)入一個(gè)熱交換器設(shè)計(jì)模型。您也可以在3DXpert中從零開(kāi)始創(chuàng)建。3DXpert在部件創(chuàng)建模式下，提供了豐富的基于B-rep的模型設(shè)計(jì)功能，符合CAD設(shè)計(jì)習(xí)慣，可進(jìn)行快速創(chuàng)建與編輯。

第二步：添加內(nèi)部熱交換結(jié)構(gòu)
模型設(shè)計(jì)時(shí)已將內(nèi)外部分進(jìn)行了單獨(dú)創(chuàng)建，因而可輕松選取內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并對(duì)其設(shè)置為 Gyriod單元。

在3DXpert中，有兩種方式可以創(chuàng)建這種單元結(jié)構(gòu)。一個(gè)是選擇“隱式建模-創(chuàng)建隱式對(duì)象”，并選中內(nèi)部結(jié)構(gòu)。另一種是在“晶格”中添加“基于功能”在的晶胞結(jié)構(gòu)。在幾何界面的模板下的Gyroid單元類(lèi)型，單元尺寸設(shè)置為7mm*7mm*12mm。如果需要設(shè)置為漸變的結(jié)構(gòu)或者更改為自定義晶胞結(jié)構(gòu)，需要采用第一種方式，并通過(guò)打開(kāi)右側(cè)的公式設(shè)置界面，進(jìn)行編寫(xiě)公式。

第三步：添加網(wǎng)狀攪渾結(jié)構(gòu)晶格

隱藏Gyriod結(jié)構(gòu)后，選擇晶格下的“曲面晶格”并選擇需要添加網(wǎng)格的表面。選擇網(wǎng)格線(xiàn)類(lèi)型，并設(shè)置合適的參數(shù)。（下圖中切割面的攪渾結(jié)構(gòu)只是作為展示添加）

第四步：添加外部翅片網(wǎng)格線(xiàn)

采用與內(nèi)部一樣的步驟，并更改合適的參數(shù)，為外表面添加網(wǎng)格線(xiàn)。

第五步：成型仿真

在3DXpert中，內(nèi)嵌了Amphyon的成型仿真算法，用戶(hù)可在同一界面內(nèi)使用Amphyon獨(dú)特的網(wǎng)格劃分方法和求解器，對(duì)設(shè)計(jì)后的零件進(jìn)行仿真。根據(jù)零件形狀和材料特性，創(chuàng)建支撐。隨后對(duì)其進(jìn)行“建模模擬分析”，采用推薦尺寸大小進(jìn)行網(wǎng)格劃分。



第六步：掃描策略規(guī)劃

為不同類(lèi)型的部分設(shè)置不同的屬性，并配置各自專(zhuān)屬的掃描策略。如需針對(duì)某個(gè)區(qū)域設(shè)額外的掃描方式，可以使用虛擬部件的方式，將此部分提取出來(lái)并設(shè)置相應(yīng)策略。

看了詳細(xì)教程解說(shuō)，是否迫不及待想要自己操作嘗試呢？掃描下方二維碼即可免費(fèi)試用3DXpert！

△掃碼下載試用

熱交換器是當(dāng)前正在火熱開(kāi)發(fā)的一個(gè)市場(chǎng)