アプリケーションスポットライト：熱交換器用の3D印刷

[画像クレジット：Conflux Technology]

3D印刷の産業用アプリケーションの範囲は、飛躍的に拡大しています。

しかし、この成長にもかかわらず、3Dプリントの真の機能を理解するには多くのギャップが残っています。この事実を裏付けるのは、AMFGの最新のState of the 3D Printing Industry Survey 2019レポートであり、3D印刷に関する知識の欠如が、今日の3D印刷サービスプロバイダーにとって最大の課題の1つであることがわかりました。

今日の産業用アプリケーションで3D印刷がどのように使用されているかを明らかにするために、毎週のApplicationSpotlightシリーズを開始します。このシリーズでは、特定のアプリケーションでの3D印刷の使用について説明し、主な利点と例について詳しく説明します。

今週のシリーズのオープニングは、熱交換器用の3Dプリントです。この技術は、熱交換器の設計を最適化しようとしているメーカーに多くのメリットをもたらします。その中には、軽量、小型、優れた性能があります。

しかし、利点をより詳細に検討する前に、まず熱交換器とは何か、そしてこのアプリケーションが3D印刷に最適である理由を見てみましょう。

このシリーズで取り上げられている他のアプリケーションを見てください：

ベアリングの3Dプリント

自転車製造用の3Dプリント

デジタル歯科およびクリアアライナー製造のための3D印刷

医療用インプラントの3Dプリント

3Dプリントロケットと宇宙船製造の未来

靴製造用の3Dプリント

電子部品の3Dプリント

鉄道業界における3Dプリント

3Dプリントアイウェア

最終部品生産のための3D印刷

ブラケットの3Dプリント

タービン部品の3Dプリント

3Dプリントで高性能の油圧コンポーネントを実現する方法

3Dプリントが原子力産業のイノベーションをどのようにサポートするか

熱交換器とは何ですか？

熱交換器は温度調節に使用され、産業機器の最も重要な部分の1つです。熱交換器は、要素を加熱または冷却することを主な目的として、ある流体からの熱を別の流体に渡すことを可能にします。

産業部門では、機器の過熱を防ぐために冷却機能がより頻繁に使用されます。

熱交換器には非常に幅広い用途があります。車、船、飛行機のエンジンはすべて、熱交換器を使用してより効率的に動作します。冷蔵庫などの空調および冷却システム内のコンポーネントには、熱交換器も必要です。

アプリケーションの多様性により、熱交換器の設計は大きく異なる可能性があります。従来の熱交換器の大部分は、コイルまたはプレート設計のいずれかを備えています。

最も単純な形式では、コイル熱交換器は1つまたは複数のコイル状チューブを使用して、2つの流体を分離します。1つはチューブの内側を流れ、もう1つは外側を流れます。

プレート式熱交換器は、金属の薄いプレートを使用して2つの流体を分離します。流体は通常、熱伝達を改善するために反対方向に流れます。

3Dプリントが熱交換器に適しているのはなぜですか？

従来の技術を使用して熱交換器を製造することは、多くの場合、複雑で時間のかかる作業であり、成形や溶接などの複数のステップが必要です。

さらに、熱交換器をよりコンパクトで効率的にして、増大する性能要件を改善する必要性が高まっています。それでも、現在の製造技術の能力は、この需要を満たすには非効率的であることがよくあります。その結果、メーカーは設計の複雑さ、コスト、リードタイムの​​間で妥協しなければならないことがよくあります。

これらの制限を克服し、新しい熱交換器の設計を可能にするために、企業は3D印刷の機能を調査し始めています。

熱交換器は3Dプリントからどのように利益を得ることができますか？

より複雑なジオメトリによるパフォーマンスの向上

3D印刷は、複雑な形状に命を吹き込む能力で知られています。熱交換器を設計する場合、この利点を利用して、200ミクロンの薄さの壁と、コンポーネント内の小さくて複雑な流路を作成できます。

これは、エンジニアが内部の熱伝達面が大きい熱交換器を設計できることを意味します。表面積が大きいほど、除去できる熱が多くなり、熱交換器の性能が向上します。

軽量化とサイズ化

今日の熱交換器の大部分は、直線、長方形、またはチューブシェルの設計になっています。それらの独特の形状のために、これらの熱交換器をデバイスに取り付けることは困難な場合があります。一方、3D印刷を使用すると、エンジニアはデバイスをより軽く、より小さくすることができますが、同等またはそれ以上のパフォーマンスが得られます。

3D印刷で可能になった新しい形状と内部機能により、熱交換器の小型化が容易になります。 。その結果、3D印刷された熱交換器は、狭いスペース要件に適合するはるかにコンパクトな形状になります。

簡素化された生産

従来、熱交換器の製造には、成形、ろう付け、溶接などの複数のステップが含まれていました。ただし、これらの手順には費用と時間がかかります。

3D印刷を使用して熱交換器を直接製造する場合、これらの操作をすべて排除できるため、製造プロセスが合理化されます。

より良い品質

さらに、3Dプリントされた熱交換器が1回の操作で組み込まれているため、漏れが発生する可能性のある継ぎ目や継ぎ目がありません。より簡単な生産により、プロセスの変動性は低くなり、全体的な品質ははるかに高くなると予想されます。

3Dプリントされた熱交換器の例

航空宇宙、モータースポーツ、エネルギー業界は現在、3Dプリント熱交換器の開発を主導しています。

Conflux Core：熱交換器の新しいベンチマーク

Conflux Technologyは、熱および流体コンポーネントの金属3D印刷を専門とするオーストラリアの会社です。このようなコンポーネントは、自動車、モータースポーツ、航空宇宙などの業界で使用されています。

3D印刷を利用することにより、Confluxは、ConfluxCoreと呼ばれる独自の熱交換器設計を開発して特許を取得しました。

3D印刷を使用すると、Conflux Coreコンポーネント内に非常に複雑な形状を作成し、その表面積を増やすことができました。これにより、熱除去率を3倍にすることができました。新しいデザインは、F1ベンチマークと比較した場合、22％軽量で、長さが55mm短いことが示されました。

さらに、3D印刷により、わずか6か月で非常に高速な開発プロセスが可能になりました。

最後に、3D印刷の設計の柔軟性のおかげで、Confluxチームはサブコンポーネントを単一のパーツに統合することができました。簡素化された設計に加えて、統合された部品は生産に必要な材料も少なくて済み、材料費を削減できる可能性があります。 Conflux Coreを使用しているメーカーの場合、部品の統合により、組み立て時間が短縮され、ジョイントやシームからの障害点が少なくなる可能性があります。

GEの肺に触発された熱交換器

GE Researchは、発電設備の動作温度と熱効率を向上させた熱交換器を開発しています。驚いたことに、これを達成するために、チームは人間の肺に触発された革新的なデザインを思いつきました。

GE熱交換器は、ガスタービンから出てくる熱気を取り込むチャネルの3分岐ネットワークを備えています。このネットワークは、反対方向に走る、より冷たい作動油で満たされたチャネルの別のネットワークと絡み合っています。熱風と冷気は混ざりませんが、近接しているため効率的な熱交換が可能です。

この新しい種類の熱交換器は、発電所が1,650°F（871°）の温度を処理するのに役立ちます。 C）。これは、現在の熱交換器よりも華氏450度（232°C）以上高くなっています。

チームは、そのようなデザインを生み出すことができる唯一の技術が3D印刷であることを発見しました。

3D印刷された熱交換器は、GEResearchがこの技術のために特別に開発した独自の高温対応で亀裂に強いニッケル超合金を使用して製造されます。

組み合わせ3D印刷によって提供される設計の自由度と超合金の強度は、熱交換器の性能を段階的に変えることができるように設定されています。

高度なテクノロジーを使用して高度な要件を満たす

熱交換器は、3Dプリントに最適なアプリケーションです。このテクノロジーは、設計の柔軟性を大幅に高め、よりコンパクトな形状とより高いパフォーマンスを実現します。

その独自の機能のおかげで、3Dプリントは熱交換器を製造するための重要な技術になる可能性があります。このような柔軟なテクノロジーを搭載することで、熱交換器メーカーは新しいサイズとパフォーマンスの要件に正面から応えることができます。

次の記事では、ベアリングの3D印刷について説明します。 。しばらくお待ちください！