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南极熊导读：随着增材制造技术的飞速发展，金属3D打印正在彻底改变热交换器的设计和生产方式。传统热交换器受限于制造工艺，往往难以实现最优化的热流路径和轻量化结构，而金属3D打印技术通过逐层堆积的方式，可以制造出传统方法无法实现的复杂内部通道和薄壁结构，显著提升了热交换效率。
△拓扑优化的螺旋形热交换器设计。图片来自 HRL Laboratories 和 Morf3D。
本文系统梳理了全球范围内金属3D打印热交换器的技术发展现状、典型企业案例以及各行业应用情况，特别聚焦于Conflux Technology等行业领军企业的创新实践，并展望这一技术的未来发展趋势。从航空航天到汽车工业，从能源系统到电子冷却，金属3D打印热交换器正在多个领域引发革命性变革，为全球节能减排和高效热管理提供创新解决方案。
行业领军者：Conflux Technology的创新实践
作为金属3D打印热交换器领域的标杆企业，澳大利亚Conflux Technology公司凭借其创新的增材制造技术和深厚的热工程专业知识，已成为这一细分市场的全球领导者。公司由具有一级方程式赛车背景的工程师Michael Fuller创立于2015年，将赛车领域对极致性能的追求与增材制造的设计自由度完美结合，开发出了一系列突破性的热交换器产品。南极熊梳理了Conflux Technology近几年来的应用案例或者融资报道，具体包括： ……
由上可见，Conflux经过近十年的技术积累，其3D打印热交换器产品现已广泛应用于航空航天、汽车、国防、能源和微电子等多个高要求领域。Conflux的核心竞争力在于自主研发的Conflux生产系统(CPS)，这一系统融合了先进的金属3D打印工艺与热流体工程设计能力。与传统制造方法相比，Conflux的3D打印热交换器具有三大显著优势：更薄的壁厚实现更高热交换效率，复杂的内部几何结构优化流体路径，以及整体式设计消除传统多部件组装带来的可靠性问题。这些特性使得Conflux产品在相同体积下能提供更大的热交换表面积，同时显著降低压降和重量。
TEMISTh：航空航天与能源领域的精密热管理专家
△TEMISTh使用中国易加三维EP-M300打印的热交换器
TEMISTh将这一技术应用于其"DESOLINATION"项目，该项目旨在将聚光太阳能(CSP)与先进热交换系统结合，提升海水淡化工艺效率。项目要求处理超临界CO₂与高浓度盐溶液之间的热传递，对内部通道的几何结构要求极高。TEMISTh利用EP-M300打印设备制造了IN718镍基合金热交换器芯体，仅用130小时便完成了整个制造流程。在航空航天应用方面，TEMISTh与AddUp和Sogeclair合作开发了Inconel 718材料热交换器，确保薄壁(<0.5mm)无泄漏和薄翅片(0.15mm)的高精度制造。通过CFD(计算流体力学)迭代和机械仿真，结合AddUp Manager软件确保3D打印制造过程的可行性，TEMISTh成功开发出满足航空航天严苛要求的热交换器产品。
Oqton 3DXpert：优化3D打印热交换器设计流程的软件先锋
Oqton 3DXpert软件平台集成了从设计优化到打印准备的全流程功能，特别针对热交换器的特殊需求进行了优化。软件支持复杂内部通道的自动生成和优化，可以根据热流模拟结果动态调整通道形状、尺寸和分布，实现最佳的热传递效率。同时，其智能支撑生成算法能够确保薄壁结构在打印过程中的稳定性，减少变形风险。软件的另一大优势是多物理场仿真能力，可以在设计阶段预测热交换器在实际工作条件下的性能表现，包括流体流动、热传递和结构强度等方面。这种"数字孪生"方法显著减少了物理原型制作和测试的周期与成本，使热交换器开发效率提升数倍。Oqton 3DXpert已被多家领先的热交换器制造商采用，成为连接创新设计与可靠制造的关键桥梁。
Additive Analytics： 3D 打印电子产品散热器的推动者
伍尔弗汉普顿大学衍生公司Additive Analytics则专注于电子冷却领域的热管理解决方案创新。与散热器的几何形状类似，嵌入式电子散热器组件对于管理电子设备和 CPU 中的散热至关重要。Additive Analytics与材料技术公司 Diamond Hard Surfaces使用 3D 打印技术制造具有复杂几何形状和增强材料特性的散热器。
通过采用这种方法，可以开发散热器，以最大限度地提高表面积与体积比，从而提高热交换效率。其产品采用高导热金属材料，如铜合金，利用增材制造实现的复杂微通道结构，将热量快速从热点传导至更大散热表面。这种方案特别适用于人工智能芯片、功率电子等发热量大的应用场景。
△伍尔弗汉普顿大学制作的 3D 打印多材料铜部件
集栈科技：数字工程赋能商业航天/液冷设计
中国公司集栈科技(Astack)通过计算工程（Computational Engineering）技术为金属3D打印热交换器带来数字革命： 计算工程技术为金属3D打印商业航天/液冷带来数字革命，集栈创始人专访-南极熊3D打印网 - 平台。集栈科技创始人林一祎强调，计算机底层编程平台和基于仿真或工程实测反馈建立的计算工程AI模型库是其核心技术优势，能够大幅缩短热交换器开发周期并优化性能。运用计算工程和自研模型库，可以生成针对特定应用场景的热交换器设计，并进行快速迭代优化。这种方法特别适合商业航天和液冷系统等对重量和效率极为敏感的领域。
Sintavia：数字工程与大型化制造的探索者
美国Sintavia则在大型镍基超合金热交换器制造方面取得突破，所使用的材料是船用镍超合金，整个组件的外部尺寸约400 x 400 x 1000毫米。该公司利用两台大尺寸AMCM M4K-4金属3D打印设备，打印耗时12天。生产的热交换器可以实现高达2倍的散热效率、压降降低3倍，生产效率提高4倍以上。Sintavia特别注重材料微观结构的控制和后处理工艺的优化，确保产品在极端环境下的长期可靠性。其技术已应用于航空航天和能源领域的高性能热管理系统。（ Sintavia金属3D打印大型镍超合金热交换器，散热效率提高2倍-南极熊3D打印网 - 平台）
△Sintavia 3D打印大型金属热交换器。图片来自Sintavia
GE Additive：高温应用与产业化规模生产的引领者
△在比传统设备高近 400°F 的温度下成功测试的次级 3D 打印换热器原型
GE的独特优势在于其全产业链整合能力，从粉末材料、打印设备到后处理工艺形成完整闭环。这种垂直整合模式使其能够严格控制热交换器制造的全过程质量，确保产品的一致性和可靠性。同时，GE将航空领域的严格标准引入热交换器生产，包括无损检测、压力测试和长期耐久性验证等，大大提升了3D打印热交换器在关键领域的接受度。
技术挑战与未来发展趋势
尽管金属3D打印热交换器已取得显著进展，该技术仍面临多项挑战需要克服。薄壁结构的打印精度和一致性控制是当前的主要技术难点，特别是对于壁厚小于0.2mm的高纵横比翅片结构。材料方面，高导热金属如纯铜的打印仍存在工艺难度，铜对激光的高反射率导致能量耦合效率低，易产生未熔合缺陷。此外，后处理工艺的优化也至关重要，包括支撑去除、表面处理和密封检测等环节，这些都直接影响最终产品的性能和可靠性16。
从产业化角度看，生产成本和制造效率仍是限制3D打印热交换器更广泛应用的主要因素。虽然增材制造省去了传统热交换器所需的模具和组装工序，但单件打印时间较长，设备投资高昂。认证体系方面，航空航天和能源等行业对热交换器有严格的资质要求，建立完整的认证标准和质量控制体系需要大量时间和资源投入。
南极熊判断，未来金属3D打印热交换器的发展趋势呈现几个明确方向： - 多激光大尺寸设备的普及将提高生产效率，如易加三维EP-M2050系统配备36个激光器，可实现超两米级部件的快速打印
- 铜及铜合金打印技术的突破，如易加三维开发的红光激光技术解决了铜材料高反射率问题，实现高质量米级铜部件打印
- 数字孪生技术的深入应用，通过仿真驱动设计优化和工艺控制，减少试错成本
- 混合制造技术的发展，结合3D打印与传统加工的优势，平衡性能与成本
- 新材料开发，针对不同应用场景优化合金成分，如高温合金、高导热铜合金等
根据南极熊的市场观察，热交换器市场正在快速增长，预计到2026年将增长到约300亿美元。随着这些技术进步，3D打印热交换器有望从当前的高端应用逐步渗透到更广泛的工业领域，在设计自由度和性能提升方面持续引领行业创新，为全球节能减排做出重要贡献。
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