3D打印微型燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的并流換熱器

魔猴君  行業(yè)資訊   2563天前

在英國(guó)TCT雜志25卷第二期雜志的封面上是一個(gè)如同越南下龍灣的礁石柱從水面升起一般的金屬增材成型作品。大寫的“金屬增材并非孤島”的字樣可以說是雷尼紹對(duì)于完整產(chǎn)業(yè)鏈的真實(shí)獨(dú)白。打印的部件指是由HiETA Technologies與Delta Motorsport合作設(shè)計(jì)和制造、用于微型燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的并流換熱器，被視為Innovate UK選擇性激光制造輪機(jī)（SLaMMIT）項(xiàng)目的一部分，是一個(gè)成功運(yùn)用增材制造（AM）典型案例。

微型渦輪軸増程發(fā)動(dòng)機(jī)（MiTRE）（左），和長(zhǎng)方形熱交換器SLAMMiT同流換熱器橫截面（右）

HiETA Technologies成立于2011年，致力于在兩個(gè)主要領(lǐng)域?qū)嵤┰霾闹圃旒夹g(shù)：熱管理和輕量化。HiETA借助一系列雷尼紹設(shè)備來實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，并在AM250之外新加入了RenAM 500M的設(shè)備。雷尼紹與HiETA之間的合作關(guān)系遠(yuǎn)非普通甲方乙方的關(guān)系；雷尼紹曾協(xié)助HiETA開發(fā)其產(chǎn)品流程和數(shù)據(jù)流，去年通過增加至24.9％的股權(quán)投資將對(duì)HiETA來深化其合作關(guān)系。

按照慣例，HiETA正在改進(jìn)的熱交換產(chǎn)品是由很薄的材料焊接制成的。復(fù)雜的設(shè)計(jì)使生產(chǎn)既麻煩又耗時(shí)，而冗余的焊料則增加了部件的整體重量。又復(fù)雜、又重、又費(fèi)時(shí)費(fèi)力？聽起來是增材制造大顯身手的機(jī)會(huì)。以前，很少有人研究增材在此類熱交換器中制造金屬薄膜的測(cè)試。第一項(xiàng)測(cè)試是能夠制造僅150微米的不泄露的薄膜并采集數(shù)據(jù)。

雷尼紹和HiETA各自采用了不同的參數(shù)設(shè)置來生產(chǎn)樣品，在各自的總部將樣品熱處理和定型，并確定在特定參數(shù)設(shè)定下的表征情況。這些結(jié)果使得公司能夠在薄壁構(gòu)建的問題上確定最佳參數(shù)，并使HiETA能夠開發(fā)出流程手冊(cè)，其中包含熱交換器的金屬3D打印中的傳熱參數(shù)。

HiETA的專業(yè)知識(shí)對(duì)汽車應(yīng)用極具吸引力，尤其是需要利用熱交換和輕量化來擴(kuò)展電池使用的電動(dòng)汽車。

Delta Motorsport成立于2005年，總部設(shè)在錫爾弗斯通，以高度自動(dòng)化的工程解決方案，生產(chǎn)電動(dòng)汽車而聞名于世，而當(dāng)要改進(jìn)他們的產(chǎn)品時(shí)他們也找到了HiETA。對(duì)于另一個(gè)Innovate UK項(xiàng)目，Delta和HiETA制造了一款長(zhǎng)方形并流換熱器，作為微型渦輪引擎（MiTRE）的一部分，這個(gè)引擎由英國(guó)工業(yè)大臣Nick Hurd于2016年在Millbrook的Cenex低碳車輛事件中揭幕。

Delta Motorsport電動(dòng)汽車

Delta Motorsport的高級(jí)工程經(jīng)理Scott Herring說道：“AM使我們能夠?qū)⒋罅考夹g(shù)集成起來。長(zhǎng)方形的并流換熱器開發(fā)出來到現(xiàn)在已經(jīng)有四年，這個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)是解決電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)難問題的基石；使電動(dòng)汽車能轉(zhuǎn)載更小更智能的電池包，我們正在設(shè)計(jì)一款載有小電池組的電動(dòng)汽車，雖然在行駛里程上尚有局限，但已經(jīng)能載你完成1-2次短途旅程”

了解增材制造換熱器的可行性后，Hieta和Delta Motorsport便引進(jìn)了雷尼紹技術(shù)，該換熱器的前蓋板，使用增材制造看上去使組件設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。環(huán)形的設(shè)計(jì)構(gòu)造使得換熱器能包裹在其他部件上并配置歧管，以創(chuàng)建更加緊湊的總成系統(tǒng)。

汽車熱交換器通過增材制造的方式來提升性能的市場(chǎng)機(jī)會(huì)是巨大的。研究與市場(chǎng)報(bào)告顯示汽車熱交換器是個(gè)全球市場(chǎng)價(jià)值超過120億美金的市場(chǎng)，而且年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）在6％左右，到2020年將達(dá)到180億美元。

熱交換器的技術(shù)發(fā)展在過去20年里幾乎可以說是停滯狀態(tài)，由于傳統(tǒng)的、減材制造方法對(duì)加工帶來很多限制。隨著粉末床選擇性金屬熔化技術(shù)的發(fā)展，我們知道金屬增材制造在隨形冷卻模具領(lǐng)域的應(yīng)用是十分具有潛力的，與隨形冷卻模具的道理類似，通過增材制造的方式生產(chǎn)的熱交換器不但減少了重量，同時(shí)提高了熱交換接觸效率，提升了熱交換器的整體性能。

裝配HiETA的MiTRE的Delta Motorsport汽車發(fā)動(dòng)機(jī)

由于幾何形狀的高度自由度，增材制造技術(shù)帶來更高的表面積密度效率，良好的熱交換和流體通路可以實(shí)現(xiàn)泵氣損失和熱交換之間的一個(gè)很好的妥協(xié)。

在熱交換器領(lǐng)域，除了案例的HiETA,還有另外一家公司Conflux，專門致力于新一代熱交換器的開發(fā)工作?！盌oing more with less”,Conflux認(rèn)為通過增材制造的方式制造的熱交換器直接帶來了許多好處，包括更高的熱交換效率，更有效的減少重量，減少液滴的壓力泄露風(fēng)險(xiǎn)，以及更高的系統(tǒng)效率。

相信以后3D打印在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將超越原型，增材制造不僅僅適合汽車領(lǐng)域的原型和設(shè)計(jì)認(rèn)證，其潛力的制約性在于我們自身思路的限制，而不是增材制造技術(shù)本身。

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來源：中國(guó)3D打印網(wǎng)