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3D打印讓熱換器制造擁有更多想象空間

銅具有高導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和可加工性等優(yōu)良的物化性能，被廣泛用于航空航天、汽車和電氣領(lǐng)域。特別是在熱換器的制作上，銅是主要原材料之一。目前，傳統(tǒng)熱換器大多是由翅片及蓋板組成的方型結(jié)構(gòu)。其體積和重量較大，制造過程比較繁瑣，組裝需要將非常細(xì)的管釬焊到歧管上，在高壓應(yīng)用中的大量泄漏情況時(shí)有發(fā)生。只能實(shí)現(xiàn)簡單的介質(zhì)通道形態(tài)/路徑。較為復(fù)雜的通道容易造成介質(zhì)流動(dòng)阻力增大和流動(dòng)死區(qū)的現(xiàn)象，導(dǎo)致散熱率大幅降低。

▲傳統(tǒng)工藝制造銅熱換器（來源網(wǎng)絡(luò)）

3D打印具有傳統(tǒng)制造技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，可以針對(duì)流動(dòng)性和傳導(dǎo)性進(jìn)行優(yōu)化，滿足了產(chǎn)品趨向緊湊型、高效性、模塊化、多材料的發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)熱換器制造方式的阻礙將得到有效解決。3D打印技術(shù)讓關(guān)鍵散熱器結(jié)構(gòu)不再局限于翅片形態(tài)，工作區(qū)域的形態(tài)也可以由簡單的方型變成配合設(shè)備/零件的包裹型結(jié)構(gòu)。此外，零部件可一體成型而無需大量的焊接工藝，且整體結(jié)構(gòu)更為輕便。介質(zhì)通道可以伴隨零部件一體成型，具備路徑復(fù)雜、接觸面大、熱交換率高等優(yōu)勢(shì)。3D打印制造使冷卻通道擺脫了交叉鉆孔的限制?？梢栽O(shè)計(jì)內(nèi)部通道更靠近模具的冷卻表面，并具有平滑的角落，更快的流量，增加熱量轉(zhuǎn)移到冷卻液的效率。且在提供更優(yōu)散熱效率的同時(shí)，縮減制造工藝步驟和降低成本。

▲3D打印制備的一體化成型冷卻流道（來源網(wǎng)絡(luò)）

PEP推動(dòng)純銅熱換器制造走向新臺(tái)階

升華三維的粉末擠出3D打印技術(shù)（Powder Extrusion printing，PEP）是一種獨(dú)創(chuàng)的金屬/陶瓷顆粒材料間接3D打印工藝。采用顆粒材料熔融擠出方式，實(shí)現(xiàn)金屬/陶瓷產(chǎn)品無模具化制備，可節(jié)省模具開發(fā)成本和時(shí)間成本。在得到具有一定密度和強(qiáng)度的生坯后，再利用成熟的金屬/陶瓷粉末注射成形技術(shù)（PIM）的相關(guān)工藝對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，獲得性能一致且優(yōu)良的產(chǎn)品。PEP工藝在純銅3D打印上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，曾一舉填補(bǔ)了國內(nèi)空白，目前已應(yīng)用于如冷卻通道、液體分布器、過濾器等熱換器等產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)中。

PEP工藝具有低溫成型，高溫成性的特性。在打印純銅部件時(shí)不需要高能激光束，可有效減少制造投入成本。通過先打印生坯，然后再經(jīng)過成熟的粉末冶金脫脂和燒結(jié)工藝，得到結(jié)構(gòu)優(yōu)良的高性能純銅部件。在純銅熱換器件的制備上，PEP技術(shù)獨(dú)特的工藝方式可有效規(guī)避純銅激光3D打印帶來的高反射率及內(nèi)部微觀晶格結(jié)構(gòu)打印完成后復(fù)雜的清粉工作，且可更好地適配傳統(tǒng)純銅制品制造的燒結(jié)等工藝，形成良好的互補(bǔ)。將推動(dòng)熱管理應(yīng)用走向新臺(tái)階。

▲PEP工藝制備的純銅熱交換器件（來源：升華三維）

升華三維為純銅散熱領(lǐng)域提供創(chuàng)新解決方案

據(jù)公開資料稱，2022年全球熱換器市場(chǎng)規(guī)模約為696億美元，同比增長2.35%，預(yù)計(jì)2023年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到714億美元。據(jù)貝哲斯咨詢預(yù)計(jì)全球金屬熱換器市場(chǎng)規(guī)模在預(yù)測(cè)期將以8.42%的CAGR增長并預(yù)估在2028年達(dá)1659.86億元。而全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模近年來也呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢(shì)，特別是在航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械、電子信息等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)在這些領(lǐng)域的發(fā)展，熱換器的需求也將不斷增加。由此可見未來隨著3D打印技術(shù)的不斷推廣和熱換器應(yīng)用的拓展，3D打印熱換器市場(chǎng)規(guī)模也將會(huì)不斷擴(kuò)大。

▲資料來源：公開資料，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

3D打印技術(shù)為制造熱換器帶來了更多可能，隨著散熱技術(shù)研究的深入，以及３D打印在熱管理市場(chǎng)的開發(fā)和應(yīng)用，熱換器的性能和可靠性將得到了極大的提升，這將推動(dòng)整體熱管理行業(yè)的快速發(fā)展。升華三維現(xiàn)已建成了完整的金屬/陶瓷間接3D打印前后處理工藝，涵蓋了材料開發(fā)、打印材料、密煉造粒機(jī)、3D打印機(jī)、脫脂燒結(jié)爐等全工藝鏈設(shè)備，可提供高性能的間接3D打印整體解決方案。在純銅熱管理方向上，升華三維將持續(xù)發(fā)揮PEP技術(shù)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)、挖掘技術(shù)潛力，拓展更多應(yīng)用市場(chǎng)，為散熱領(lǐng)域提供創(chuàng)新解決方案。

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