3Dプリンティングが熱交換器を革新：より軽く、スマートに、速く

[画像提供：Conflux Technology]

3Dプリンティングの産業ポテンシャルは急速に拡大しています。

この成長にもかかわらず、多くの人々がアディティブ・マニュファクチャリングの真の能力を過小評価しています。AMFGの「2019年3Dプリンティング業界現状調査」では、知識不足がサービス・プロバイダーのトップ障壁の一つとされています。

3Dプリンティングが今日どう活用されているかを明確にするため、週次「アプリケーション・スポットライト」シリーズを開始します。各回で特定アプリケーションを取り上げ、主なメリットと実例を概説します。

第1回は、軽量化、小型化、高性能を実現する分野——熱交換器向け3Dプリンティングを探ります。

メリットに入る前に、熱交換器とは何か、なぜアディティブ・マニュファクチャリングに適しているかを定義しましょう。

熱交換器とは？

熱交換器は産業界の温度調整に不可欠で、2つの流体間で熱を移動させ、コンポーネントを加熱または冷却します。自動車エンジン、船舶冷却システム、家庭用冷蔵庫、産業用空調ユニットなど、至る所に存在します。

設計は多様ですが、ほとんどの従来型熱交換器はコイル型またはプレート型の構成をとります。コイル型は1本以上のコイル管で流体を分離し、プレート型は薄い金属プレートを用い、多くの場合流体を逆方向に流して伝熱を最大化します。

従来の熱交換器製造は労働集約的で、成形、ろう付け、溶接など複数工程を要します。高性能、小型化、リードタイム短縮への需要が高まる中、従来手法は追いつけなくなっています。

3Dプリンティングはラピッド・プロトタイピングと直接部品製造を可能にし、多くの中間工程を排除。設計者が従来製造では不可能だった複雑な形状を探求できるようにします。

3Dプリンティングでは200µmという薄い壁と複雑な内部流路の作成が可能で、伝熱表面積を大幅に増加させます。表面積の拡大は直接的に熱除去効率の向上につながり、全体性能をブーストします。

従来の熱交換器は大型で剛性が高く、狭いスペースへの統合を制限します。アディティブ・マニュファクチャリングなら、性能を犠牲にせず軽量・コンパクトなコンポーネントを設計可能——場合によっては最大22%軽量化、55mm短縮を実現。

部品を1回の造形で完結できるため、ろう付けや溶接といった高コスト・時間のかかる工程を排除し、生産時間とコストを削減します。

一体造形により、漏れや故障の原因となる継ぎ目と接合部を排除。合理化されたプロセスはばらつきも減らし、より高品質で信頼性の高い熱交換器を生み出します。

航空宇宙、モータースポーツ、エネルギー分野が3Dプリント熱交換器の採用をリードしています。

オーストラリアのConflux Technologyは、熱・流体コンポーネントのメタル3Dプリンティングを専門とします。特許取得のConflux Core熱交換器は、アディティブ・マニュファクチャリングがいかに高度に複雑な形状を創出し、表面積を3倍にして熱除去を3倍にできるかを示しています。

フォーミュラ1ベンチマークと比較して、Conflux Coreは22%軽量かつ55mm短縮、開発サイクル全体がわずか6ヶ月で完了。サブ・コンポーネントを単一パーツに統合することで、材料使用量、組立時間、潜在的故障点を削減しています。

GE Researchは1,650°F（871℃）で動作する熱交換器を開発中で、現行システムを450°F（232℃）以上上回ります。人肺に着想を得た設計は、三又に分岐するチャネル・ネットワークを備え、熱気と冷却流体が混ざることなく熱交換できます。

この複雑な形状を製造できるのは3Dプリンティングのみ。GE独自の高温・耐クラック・ニッケル超合金が、極限の運用条件下での耐久性をさらに保証します。

3Dプリンティングの設計柔軟性が、よりコンパクトで高性能な熱交換器を解き放ちます。産業界がますます小型・高効率なソリューションを求める中、アディティブ・マニュファクチャリングは将来の熱交換器生産の基盤となるでしょう。

次回はベアリング向け3Dプリンティングを紹介します。お楽しみに！

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