案例：3D打印提高銅金屬熱交換器性能

魔猴君  知識堂   1423天前

增材制造提供了傳統制造技術無法提供的設計自由，但可實現的壁厚有限。由于成本原因，典型的熱交換器由鋁制成。盡管銅會是更好的選擇，因為它具有更高的導熱性。本期，通過EOS的案例來領略3D 打印提高銅金屬熱交換器性能。

效仿大自然的聰明設計

在現代工程時代，人們試圖向自然學習以解決復雜的技術挑戰。而在這方面，通過人類最好的朋友（犬類）我們可以發現與熱交換器的共同點……

如果曾經和狗玩過撿棍子游戲，可能會驚訝于我們的四只爪子的朋友們擁有如此多的耐力和“能量”。更有趣的是，狗的爪子是唯一有汗孔的區域。這就像一個人在夏天穿著毛皮大衣跑馬拉松！那么狗如何調節它的熱管理呢？很顯然，不能僅僅通過爪子非常有限的表面積發生。

訣竅就在這里：大多數過熱是通過呼吸來調節的。狗是通過舌頭充當熱交換器的，狗的呼吸速度可以從每分鐘 30 次呼吸增加到每分鐘 300 次呼吸。同時，狗的唾液腺會產生更多的唾液，這些唾液會在舌頭表面蒸發。在劇烈喘息期間，舌頭迅速冷卻下來。犬的舌頭含有數量驚人的微小血管，將熱量從身體輸送到舌頭，調節狗的熱量管理。

利用大自然的”聰明設計“，犬類體重的一小部分-舌頭可以做不可思議的事情，使其成為世界上最先進和最高效的“散熱器”之一。

將這一事實轉化為人類的技術世界，工程師受到大自然的啟發。直到今天，大多數限制都基于制造限制，因為無法以理想的方式制造理想的熱交換器。

提高表面積與體積比

當分隔兩種介質（例如水和空氣）的壁厚足夠薄時，熱導率可以忽略不計。這意味著，可以創建具有銅基換熱器性能的鋁制換熱器。對于其他屬性的應用，例如當耐腐蝕性是最重要的考慮因素時，可以選擇鈦或不銹鋼材料，其性能與銅熱交換器相似。

與傳統的增材制造相比，拿EOS的一個經典案例來說，現在可以生產更薄 30-40% 的水/氣密壁厚，從而顯著提高表面積與體積比。簡單來說，3D打印使得可以在更小的體積中進行更多的熱交換，這非常像狗的舌頭發揮的強大的散熱作用。

對于換熱器來說，確保性能滿足要求并且避免泄漏是至關重要的。在EOS的案例中，在參數開發過程中，EOS使用壓降以及浸入水中測試，以實現盡可能薄的壁 – 同時氣密。根據3D科學谷的了解，為了生成可靠的測試方法，開發人員設計了一個特定的測試結構，由 21 個直徑為 2.5 毫米、壁厚不同的空心銷組成。由于這些壓力測試銷的設計壁厚為 0.2 毫米，非常易碎，因此設計了一個環繞的保護籠，以防止在測試準備期間對銷造成任何損壞。

測試驗證3D打印可行性

3D打印工作完成后，將測試樣品除粉，然后使用標準帶鋸分離。為了連接壓力試管，在試樣的下部通過機加工的方法切割出標準螺紋。測試是使用規定的壓縮空氣壓力進行的，然后將試樣浸入水中進行簡單的泄漏測試，如果試樣上出現氣泡將清楚地表明試樣泄漏。設計還允許輕松改變傾斜度，確保在任何給定角度都可以證明壓力密封性。

在這個案例中，可以通過壓降測試進行額外的、可能更敏感的測試。將校準的壓力傳感器添加到測試場景中。對探頭加壓后，使用閥門關閉壓縮空氣供應。在實驗開始期間的壓力傳感器讀數被記錄下來，并在例如 10 分鐘的測試期間觀察，如果在規定的測試期記錄到的壓降小于某個值，則該組件可被認為是氣密的。

來源：https://www.3ddayin.net/3Ddayinfangan/40395.html