HiETA公司是一家專(zhuān)業(yè)的換熱器制造廠商，在雷尼紹的幫助下，HiETA正在將金屬增材制造 (AM) 技術(shù)的應(yīng)用范圍從原型制造擴(kuò)展到商業(yè)化生產(chǎn)。
利用增材制造技術(shù)加工出的各種復(fù)雜零件
主要業(yè)務(wù)為利用金屬增材制造方法研制適用于各種散熱系統(tǒng)的復(fù)雜、輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)零件。該公司生產(chǎn)的零件包括用于微型燃?xì)廨啓C(jī)的同流換熱器、渦輪機(jī)和燃燒組件，以及用于高效能內(nèi)燃機(jī)的組件等。
挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)上，換熱器產(chǎn)品通常都是由焊接在一起的薄板材料制成。設(shè)計(jì)的復(fù)雜性導(dǎo)致制造過(guò)程難度大且耗時(shí)較長(zhǎng)，同時(shí)焊接工序所使用的焊料也會(huì)增加零件的整體重量。
微型渦輪增程器項(xiàng)目MiTRE中的方形換熱器
在HiETA之前，業(yè)內(nèi)對(duì)使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)換熱器的研究幾乎為零。因此，第一個(gè)挑戰(zhàn)是確認(rèn)增材制造可以成功生產(chǎn)出壁厚足夠薄且質(zhì)量合乎標(biāo)準(zhǔn)的薄板，第二個(gè)挑戰(zhàn)是生產(chǎn)出的完整組件具備傳統(tǒng)換熱器的復(fù)雜功能。第三個(gè)挑戰(zhàn)是使用積累的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，將生產(chǎn)工藝從用于樣品和原型制造過(guò)渡到適應(yīng)小批量生產(chǎn)。
解決方案
起初，HiETA與雷尼紹密切合作，為生產(chǎn)厚度薄至150微米的鉻鎳鐵合金密封薄板開(kāi)發(fā)了成套的具體參數(shù)。兩家在各自的AM250系統(tǒng)上使用各種設(shè)定參數(shù)來(lái)試制樣品：然后，HiETA和雷尼紹對(duì)生產(chǎn)出的樣品進(jìn)行熱處理并分析特征。利用測(cè)試結(jié)果確定了在增材制造機(jī)器上生產(chǎn)薄壁結(jié)構(gòu)的最佳參數(shù)，且HiETA還針對(duì)由激光粉末床熔化技術(shù)制造的換熱器的傳熱參數(shù)制定了設(shè)計(jì)指南。
安裝有HiETA MiTRE同流換熱器的DeltaMotorsport微型渦輪
在完成一體式密封壁板的制造之后，下一步驟便是過(guò)渡到制造完整的全尺寸換熱器組件，并確保加工用時(shí)處在合理的水平。HiETA就此開(kāi)展了兩個(gè)項(xiàng)目，位于英國(guó)錫爾弗斯通的車(chē)輛系統(tǒng)集成商DeltaMotorsports也參與其中。第一個(gè)項(xiàng)目是用作電動(dòng)汽車(chē)增程器的方形(同流)換熱器。第二個(gè)項(xiàng)目是突破傳統(tǒng)的方形換熱器設(shè)計(jì)，制造形狀更加復(fù)雜的換熱器組件。換熱器形狀越復(fù)雜，工作性能和循環(huán)效率就越高，這將產(chǎn)生綜合優(yōu)勢(shì)，并降低成本。針對(duì)這一項(xiàng)目選擇的設(shè)計(jì)是可包覆其他組件的環(huán)形同流換熱器，其中含有集成式歧管，可進(jìn)一步精簡(jiǎn)系統(tǒng)整體尺寸。
車(chē)門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)的Delta Motorsport增程式電動(dòng)汽車(chē)
結(jié)果
合作的第一個(gè)成果，便是獲得了如下兩組參數(shù)：第一組為要成功加工薄板結(jié)構(gòu)，需要針對(duì)增材制造設(shè)備設(shè)定的基本參數(shù)，第二組為要預(yù)測(cè)由雷尼紹設(shè)備生產(chǎn)的換熱器的性能，制造商需要預(yù)先獲取的參數(shù)。
實(shí)驗(yàn)得到的熱傳輸和流體數(shù)據(jù)已導(dǎo)入到HiETA使用的CFD以及有限元分析程序中。這些程序可初步評(píng)估新的組件設(shè)計(jì)將具備哪些預(yù)期性能，進(jìn)而為設(shè)計(jì)方案能否滿足客戶需求提供理論佐證。
同時(shí)，雷尼紹增強(qiáng)了軟件功能，由于增材制造工藝需要將零件切成薄層并逐層加工，因此完整的換熱器分層數(shù)據(jù)十分龐大，而新版軟件可以更快地處理這些數(shù)據(jù)，并針對(duì)完整組件創(chuàng)建所需的加工說(shuō)明。
SLAMMiT(微型渦輪的選擇性激光熔融)同流換熱器
SLAMMiT同流換熱器的截面
使用AM250系統(tǒng)第一次嘗試制造完整產(chǎn)品時(shí)，加工時(shí)間需十七天。在改進(jìn)了硬件和軟件并優(yōu)化工藝參數(shù)后，縮減至八十個(gè)小時(shí)。
在幾乎所有項(xiàng)目中，我們都在嘗試減輕組件重量并解決熱量管理問(wèn)題，”Stephen Mellor解釋道，“通過(guò)與雷尼紹開(kāi)展合作，我們能夠生產(chǎn)出重量和體積比市場(chǎng)上同類(lèi)產(chǎn)品減小約40%的換熱器組件，而使用傳統(tǒng)方法則很難實(shí)現(xiàn)。
（轉(zhuǎn)載）
