3D打印-增材制造方式來制造的

熱交換器將是下一個(gè)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域。此前，對GE專利文章的市場研究，GE開發(fā)了新型的熱交換器，這種熱交換器是通過3D打印-增材制造方式來制造的。該熱交換器包括多個(gè)增材制造方法，使流體通道尺寸較小，具有較薄的壁而形成的流體通路，以及具有錯(cuò)綜復(fù)雜的形狀，這些熱交換器使用先前傳統(tǒng)的制造方法無法制造出來。

而近日，GE宣布與馬里蘭大學(xué)和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室合作研發(fā)UPHEAT超高性能換熱器，在兩年半內(nèi)完成開發(fā)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)更高效的能量轉(zhuǎn)換和更低的排放。

圖片：發(fā)電廠

仿生學(xué)結(jié)構(gòu)的熱交換器

UPHEAT超高性能熱交換器的核心制造技術(shù)是3D打印技術(shù)，GE希望新型換熱器將在超過900°C的溫度和高于250 bar的壓力下運(yùn)行，超臨界CO2動力循環(huán)的熱效率提高4％，在提高動力輸出的同時(shí)減少排放。這項(xiàng)計(jì)劃通過了美國能源局旗下的高級研究計(jì)劃部門（Advanced Research Projects Agency-Energy，簡稱ARPA-E）的高強(qiáng)度熱交換材料和制造工藝計(jì)劃（HITEMMP）支持，所計(jì)劃開發(fā)的耐高溫，耐高壓和超緊湊型熱交換器可在現(xiàn)有和下一代發(fā)電廠平臺上實(shí)現(xiàn)更清潔，更高效的發(fā)電。

根據(jù)GE，這種新的熱交換器設(shè)計(jì)將打破效率障礙，GE正在利用其在金屬和熱管理方面的深厚知識，并以前所未有的方式應(yīng)用它，通過3D打印的力量，GE現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)以前傳統(tǒng)制造工藝無法制造的設(shè)計(jì)。通過3D打印-增材制造工藝，GE和馬里蘭大學(xué)現(xiàn)在將探索更復(fù)雜的仿生學(xué)形狀的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)熱交換器性能的逐步改變，從而實(shí)現(xiàn)更高的效率和更低的排放。

據(jù)魔猴網(wǎng)了解，在發(fā)電設(shè)備中，熱交換器與人體肺部的功能相似。肺可以循環(huán)人體呼吸的空氣，使身體保持最佳性能，同時(shí)調(diào)節(jié)身體的溫度。像燃?xì)廨啓C(jī)這樣的發(fā)電設(shè)備中的熱交換器基本上執(zhí)行相同的功能，當(dāng)然這些熱交換器工作在極端的溫度和壓力條件下。

材料方面，這種新型換熱器將利用獨(dú)特的耐高溫，抗裂的鎳基超合金，這是GE研究團(tuán)隊(duì)為增材制造工藝而設(shè)計(jì)的材料。橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室將利用其在腐蝕科學(xué)方面的專業(yè)知識來測試和驗(yàn)證材料的長期性能。

Review

熱交換器將是下一個(gè)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域。而究竟3D打印將在熱交換器的產(chǎn)業(yè)化方面達(dá)到怎樣的影響力和覆蓋面，這不僅僅取決于3D打印設(shè)備，材料的價(jià)格，還取決于工藝質(zhì)量是否能夠達(dá)到一致可控，以及標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證的完善，而最重要的是如何從設(shè)計(jì)端獲得以產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)為導(dǎo)向的正向設(shè)計(jì)突破。

圖片：3D打印熱交換器的優(yōu)勢

GE在3D打印熱交換器領(lǐng)域已經(jīng)擁有了一系列的專利技術(shù)，其中面向產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)的正向設(shè)計(jì)理念獲得了很好的驗(yàn)證。傳統(tǒng)的熱交換器包括大量的流體通道，每個(gè)流體通道使用板、棒、箔、翅片、歧管等的一些組合形成。這些部件中的每一個(gè)必須單獨(dú)定位，定向并連接到支撐結(jié)構(gòu)，例如，通過釬焊、焊接或其他連接方法。

例如，用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的一個(gè)特定熱交換器包括250個(gè)部件，這些部件必須組裝成單個(gè)不透流體的部件。與這種熱交換器的組裝相關(guān)的制造時(shí)間和成本非常高并且流體通道之間或來自熱交換器的流體具有泄漏的可能性，這種可能性通常由于形成的接頭的數(shù)量而增加。另外，傳統(tǒng)制造工藝還限制了熱交換器中的熱交換特征的數(shù)量，尺寸和配置。

此外，電子產(chǎn)品的散熱方面，根據(jù)魔猴網(wǎng)的市場研究，GE正在通過3D打印技術(shù)開發(fā)一種新的熱管理系統(tǒng)，這套熱管理系統(tǒng)包括至少一個(gè)底盤框架，該底盤框架的構(gòu)造成使的熱管理系統(tǒng)的熱擴(kuò)散阻力最小化。底盤框架包括：至少一個(gè)底盤主體，至少一個(gè)熱循環(huán)系統(tǒng)嵌入底盤體內(nèi)，底盤主體通過3D打印-增材制造技術(shù)形成。3D打印還被用來制造帶點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的夾層結(jié)構(gòu)，這些點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)提供了更大的表面積用于熱傳輸。