AddUp，Sogeclair和TEMISTh合作的HEWAM项目，开发的Inconel 718材料热交换器，确保薄壁（<0.5mm）无泄漏和薄翅片（0.15mm）。
3D打印的热交换器。来源：TEMISTh
设计、仿真、制造的经验结合
AddUp，Sogeclair和TEMISTh成立了HEWAM项目，这个项目旨在开发一种发挥3D打印-增材制造的所有潜力的换热器。
这个项目是基于AddUp与Sogeclair拥有一家叫做PrintSky的合资公司实现的，这家合资公司是一个孵化器，致力于为航空，航天和国防工业孵化面向未来工业生产的金属增材制造项目。
而项目的另外一个合作方TEMISTh则是专注于通过增材制造开发定制的热交换器解决方案的一家公司。凭借其在散热问题上的专业知识和技能，TEMISTh支持来自多个领域的公司开发从概念到概念验证的创新项目。
目前，HEWAM项目开发了一种共形的热交换器，双形曲线设计允许其外表与飞机发动机的曲率拟合，如下图所示。
此外，在设计中还考虑了热，流体和机械约束，以优化热交换器的设计。
未来，随着飞机电气系统的增加，电动发动机或热系统APU的恢复将需要越来越多的定制化热管理解决方案，以确保实现轻量级设备的性能。
热交换器的一个设计背景是油在110℃下进入，环境空气在-50℃下，油的质量流量 [1] 是固定的。
为该设计选择的材料是Inconel 718，这种材料比铝重3倍以上并且导电性较差，但是对于增材制造而言，使用Inconel合金，可以确保薄壁（<0.5mm）无泄漏和薄翅片（0.15mm）的制造。从而这种具有良好结构的热交换器可以获得与铝热交换器相似的质量和性能。
另一个需要满足的挑战是，需要确保热交换器内的足够气流具有高传热系数。工程师们考虑到空气温度的变化（从-50°C到+ 25°C）影响其密度。因此，通过增加了通道宽度，以限制空气加速度，从而限制压降。为了保持热性能，翅片的设计具有沿气流的适应性几何形状，以便调节空气速度和通道尺寸的变化。
而在3D打印过程中，通过AddUp Manager的软件确保制造的可行性，软件的功能包括：
- 零件定位选择
- 支撑设置
- 激光扫描策略
- 加工过程模拟仿真
最后，在FormUp 350上3D打印了三个热交换器。
根据3D科学谷的市场观察，这种热交换器的设计优化主要通过两方面来进行：内部对具有薄鳍片的通道进行局部优化；外观上以弯曲形状进行宏观优化，以实现更好的系统集成。
3D科学谷Review
根据3D科学谷的市场观察，面向下一代的热交换器制造，不少公司已经进行了战略性的布局，其中2019年GE宣布与马里兰大学和橡树岭国家实验室合作研发UPHEAT超高性能换热器，在两年半内完成开发计划，实现更高效的能量转换和更低的排放。GE希望新型换热器将在超过900°C的温度和高于250 bar的压力下运行，超临界CO2动力循环的热效率提高4％，在提高动力输出的同时减少排放。
正如3D科学谷在《3D打印与工业制造》一书中提到的，热交换器正在发生变革，下一代换热器与散热器正在来临。
换热器与散热器对设备可以长效稳定运行起到了关键的作用，3D打印用于换热器和散热器的制造满足了产品趋向紧凑型、高效性、模块化、多材料的发展趋势。特别是用于异形、结构一体化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分复杂的形状、点阵结构等加工，3D打印具有传统制造技术不具备的优势。更多信息，请参考3D科学谷发布的《3D打印与换热器及散热器应用白皮书》。
名词解释：
质量流量 [1] 是指单位时间里流体通过封闭管道或敞开槽有效截面的流体质量。单位：kg/h,kg/s。和体积流量（单位时间流体通过的体积）对应，可以表示为体积流量和流体密度的乘积。质量流量法主要分为直接法和间接法。
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