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3D打印讓熱換器制造擁有更多想象空間

銅具有高導熱性、導電性和可加工性等優良的物化性能，被廣泛用于航空航天、汽車和電氣領域。特別是在熱換器的制作上，銅是主要原材料之一。目前，傳統熱換器大多是由翅片及蓋板組成的方型結構。其體積和重量較大，制造過程比較繁瑣，組裝需要將非常細的管釬焊到歧管上，在高壓應用中的大量泄漏情況時有發生。只能實現簡單的介質通道形態/路徑。較為復雜的通道容易造成介質流動阻力增大和流動死區的現象，導致散熱率大幅降低。

▲傳統工藝制造銅熱換器（來源網絡）

3D打印具有傳統制造技術無法比擬的優勢，可以針對流動性和傳導性進行優化，滿足了產品趨向緊湊型、高效性、模塊化、多材料的發展趨勢。傳統熱換器制造方式的阻礙將得到有效解決。3D打印技術讓關鍵散熱器結構不再局限于翅片形態，工作區域的形態也可以由簡單的方型變成配合設備/零件的包裹型結構。此外，零部件可一體成型而無需大量的焊接工藝，且整體結構更為輕便。介質通道可以伴隨零部件一體成型，具備路徑復雜、接觸面大、熱交換率高等優勢。3D打印制造使冷卻通道擺脫了交叉鉆孔的限制。可以設計內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，增加熱量轉移到冷卻液的效率。且在提供更優散熱效率的同時，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（來源網絡）

PEP推動純銅熱換器制造走向新臺階

升華三維的粉末擠出3D打印技術（Powder Extrusion printing，PEP）是一種獨創的金屬/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，實現金屬/陶瓷產品無模具化制備，可節省模具開發成本和時間成本。在得到具有一定密度和強度的生坯后，再利用成熟的金屬/陶瓷粉末注射成形技術（PIM）的相關工藝對產品進行脫脂和燒結，獲得性能一致且優良的產品。PEP工藝在純銅3D打印上具有獨特的優勢，曾一舉填補了國內空白，目前已應用于如冷卻通道、液體分布器、過濾器等熱換器等產品的開發和生產中。

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，然后再經過成熟的粉末冶金脫脂和燒結工藝，得到結構優良的高性能純銅部件。在純銅熱換器件的制備上，PEP技術獨特的工藝方式可有效規避純銅激光3D打印帶來的高反射率及內部微觀晶格結構打印完成后復雜的清粉工作，且可更好地適配傳統純銅制品制造的燒結等工藝，形成良好的互補。將推動熱管理應用走向新臺階。

▲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域提供創新解決方案

據公開資料稱，2022年全球熱換器市場規模約為696億美元，同比增長2.35%，預計2023年市場規模達到714億美元。據貝哲斯咨詢預計全球金屬熱換器市場規模在預測期將以8.42%的CAGR增長并預估在2028年達1659.86億元。而全球3D打印市場規模近年來也呈現出快速增長的態勢，特別是在航空航天、汽車制造、醫療器械、電子信息等領域的應用也越來越廣泛。隨著5G、人工智能、物聯網等數字技術在這些領域的發展，熱換器的需求也將不斷增加。由此可見未來隨著3D打印技術的不斷推廣和熱換器應用的拓展，3D打印熱換器市場規模也將會不斷擴大。

▲資料來源：公開資料，華經產業研究院整理

3D打印技術為制造熱換器帶來了更多可能，隨著散熱技術研究的深入，以及３D打印在熱管理市場的開發和應用，熱換器的性能和可靠性將得到了極大的提升，這將推動整體熱管理行業的快速發展。升華三維現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、打印材料、密煉造粒機、3D打印機、脫脂燒結爐等全工藝鏈設備，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，升華三維將持續發揮PEP技術獨特優勢、挖掘技術潛力，拓展更多應用市場，為散熱領域提供創新解決方案。

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