喷嘴作为3D打印机的重要零部件，在3D打印过程中有着不可替代的作用。一般来说，挤出类型的3D打印机可以分为单喷嘴、双喷嘴和三喷嘴配置等，根据不同应用，使用对应喷嘴。 本期内容要介绍的是一款配置独立双喷嘴的工业型3D打印机，其可同时打印金属/陶瓷两种材料，具有高精度、高质量、高性价比的特点，填补了国内甚至国际同类设备市场的空白，极大满足了复杂产品的打印需求，可助力用户快速开发金属/陶瓷新材料和新产品。这款机型便是来自升华三维的UPS-250，是该公司在核心技术创新上积累和沉淀的成果。 升华三维工业型独立双喷嘴3D打印机UPS-250  采用独立双喷嘴3D打印机设计目的和最大功能就是可以进行两种不同材料的同时打印，实现更加复杂结构和产品的成形，如两种不同的金属、两种不同的陶瓷或者是一种金属一种陶瓷的复合材料产品。这对于独立双喷嘴3D打印机机械结构设计、切片软件开发、打印材料开发、打印工艺开发提出了挑战。 升华三维独立双喷嘴结构设计 双材料打印样件 升华三维独立双喷嘴结构设计配合自主研发的切片软件功能得以实现，既可以让3D打印机在同一个模型上打印两种不同材质的材料，赋予模型不同部分不同材料的功能应用；又可以让3D打印机同时打印两个相同或镜像的模型，提高打印效率，实现产品的复制打印和镜像打印。独立双喷嘴功能充分释放了产品设计人员的创意思维，满足和实现以功能设计为导向的复杂产品设计构想。 支撑或支撑连续层打印 一些复杂模型，有大量的悬空和镂空结构，打印过程中需要以增加支撑的方式来防止模型变形。此时一个主喷嘴使用主材料A打印模型全部主体结构，一个副喷嘴使用支撑材料B打印全部支撑部分；一般情况下，主材料A和支撑材料B为两种不同材料。 由于两个喷头是可独立控制的，两个喷嘴运动是可实现交替轮流进行的。当一个喷头工作时，另一个喷头停在非工作区暂停工作，在重启时会自动擦拭喷嘴溢出熔融材料，使得模型表面质量会更好，这是其它非独立双喷头结构做不到的。    支撑连接层打印 支撑连接层打印 在另一种情况下，为了控制打印材料成本或更好控制后续脱脂烧结过程中的变形，可以设置主喷嘴使用主材料A打印模型全部主体结构以及主体支撑部分，一个副喷嘴使用支撑材料B只打印支撑连接层部分。  （双）金属+（双）陶瓷结构打印 为了让同一个产品具有不一样的性能或功能或实现特殊产品的开发，可以对不同部位指定不同的材料，实现金属+金属、金属+陶瓷、陶瓷+陶瓷多种复合材料结构打印。 双材料复合打印 复合材料打印 双材料指定区域填充打印 双材料指定区域填充打印 同形-同质-镜像-异质打印 复制模式打印是两个喷嘴各自同时打印外观一样的产品模型，让3D打印机一次可以打印两个外观一致的产品出来，加速产品的开发生产和实验验证。镜像模式打印是两个喷嘴各自同时打印外观呈镜像对称的产品模型，适用于正反工件、左右件等打印加工。 通常情况下，两个喷嘴打印的材料既可以一样，也可以不同，分别得到同形状同材质产品、同形状（或镜像）不同材质产品。两个喷嘴的运动是同时启动、完全同步进行、同时结束。 复制模式打印  双材料复制打印 镜像模式打印 双材料镜像打印 目前，支持的材料体系有：不锈钢、钨合金、高温合金、难熔金属、硬质合金等金属材料，氧化锆、氧化铝、碳化硅、氮化硅等陶瓷材料。 升华三维是中国金属·陶瓷间接3D打印技术的开拓者和领航者，专注于金属·陶瓷间接3D打印装备及材料研发生产的国家高新技术企业。致力于金属/陶瓷间接3D打印技术的推广及应用，现已建成金属/陶瓷3D打印前后处理的完整工艺流程，涵盖了材料开发、打印材料密炼造粒机、金属/陶瓷3D打印机、脱脂烧结炉等全工艺链设备，面向应用市场提供高性能间接3D打印整体解决方案及打印服务。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.深度融合：3D打印技术推动反应烧结碳化硅陶瓷应用增长 2.大尺寸、高精度、高质量：突破碳化硅陶瓷3D打印的制造极限 3.北工大陈继民教授团队：陶瓷3D打印技术的应用与最新进展 4.四千字！2023年国内(准)工业级聚合物、陶瓷、砂型3D打印技术发展成就

增材制造行业正以超过20%的复合年增长率增长，到2030年，全球将有超过270万台3D打印设备。医疗、航空航天和汽车均是利用增材制造技术快速增长的热门行业。随着这些行业不断寻找3D打印技术的新应用，打印材料的物理性能正在被推向极限。 汽车增材制造市场的各个方面都将不断增长，到2029年该行业的产值将达到100亿美元 金属3D打印的工艺种类多种多样，由于许多实际原因，如高精度、高制造质量，易于后处理及原材料回收等，激光粉床熔融 (LPBF) 是最广泛使用的技术。为了实现具有高传热性能零件的精确打印，选择最合适的打印粉末至关重要。因并非所有金属粉末都能应对热交换器的恶劣环境，材料的热导率、耐腐蚀性和强度等均是影响因素，3D打印技术参考此前曾详细介绍了可用于热交换器3D打印的金属粉末种类。 Conflux是全球领先的采用3D打印技术开发热交换器的企业，该公司增材制造工程师Ian Fordyce博士强调，““对于高性能热交换器，我们一直在努力使壁和翅片尽可能薄，我们处理的厚度与粉末的粒径和激光光斑尺寸处于同一数量级。因此，小至10微米的误差对我们来说意义重大。这可能会减少我们可以放入热交换器中的翅片数量，并影响表面粗糙度并增加壁厚，所有这些都会降低热交换器的热性能。” 精确的构建可实现紧密封装的组件并轻松组装最终产品 高性能金属打印粉末的特点 选择材料的第一步是了解其可打印性，不同粉末的可打印性可能存在巨大差异，可打印性定义为材料物理打印几何形状而不导致构建失败的能力。例如，硬钢和镍合金在打印过程中会产生残余应力和翘曲，导致它们脱离打印平台并与铺粉机构相撞。即便完成打印，材料的密度也会较低，携带可能导致故障的孔洞。 实现高质量构建的关键是使用具有一致粒度分布和最佳成分的粉末。为了保证这一点，Conflux遵循严格的质量控制程序，使用光谱分析和拉伸棒的机械测试来跟踪新粉末和回收粉末的成分。这不仅可以监测粉末中每种成分的含量，还可以监测回收过程中形成的氧化层的量。 使用具有一致粒度分布和最佳成分的粉末可以实现复杂的翅片设计 一旦粉末被认为是可打印的，重点就会转移到分析打印材料的物理特性。用于某些热交换器的合金需要应对800°C以上的温度。除此之外，由于汽车、航空航天和能源应用中使用的冷却剂种类繁多，它们还需要具有高疲劳寿命和耐腐蚀性。 Ian Fordyce博士表示，“当谈到热性能时，对我们来说最重要的特性是强度。如果我们可以使用强度更高的材料，那么就可以让壁厚设计的更薄，从而缩短传热路径，最终使热交换器的性能更高。大多数人认为导热率也很重要，但我们发现，对于我们正在处理的壁厚，导热率变得不那么重要。例如，铜的导热率比铝更高，但如果我们必须使壁更厚以使铜部件足够坚固，则会导致整体预成型热交换器性能更差。因此，如果能让壁更薄，则可以牺牲导热率。“ 可用于热交换器3D打印的粉末类型 热交换器的3D打印制造材料有多种选择，需要考虑的主要特性包括密度、导热性、增材制造的加工性能以及最后的成本。最合适的材料要根据组件要求、工作环境和边界条件进行选择。 01不锈钢 Conflux所使用的材料之一是316不锈钢，它是一种相对稳定的合金，适用于需要高耐腐蚀性的高温和低温恶劣环境。这使其非常适合制造石油和天然气行业的工具和机械部件以及与腐蚀性物质接触的发动机部件。 然而，它相对较重，因此不适合航空航天或赛车运动中的轻量化应用。与铝合金相比，它在打印过程中还会经历更高的翘曲和残余应力。 02钛合金 钛是一种强度极高且轻质的材料，非常适合航空航天和赛车应用，特别是钛合金，例如Ti64。自2017年以来，空客已在A350客机的机门上安装了3D打印钛零件，最近还在德国开设了增材制造中心，为直升机和轻型城市飞行器生产零件。它还具有高耐腐蚀性，可以通过氧化物涂层进一步增强。 03铜合金 铜的高导热性使其成为散热器和热交换器等热应用以及母线和感应线圈等电子元件的理想选择。不幸的是，使用大多数3D打印机中使用的激光波长类型进行打印可能很困难。材料制造商已经认识到这一点，现在正在添加合金元素来制造高比例的铜合金，例如铜锆和铜铬。这些材料更易于打印并保持高导热性，除此之外，目前具有更高吸收率的绿光3D打印机商业化也正在快速发展。 04铝合金 AlSi10Mg等铝合金是3D打印行业最常用的材料之一。这主要是因为与其他合金相比，铝凝固后产生残余应力开裂的可能性较低，这是它几十年来一直用于铸造的原因。 铝是钛的更便宜的替代品，因此经常用于航空航天、汽车和赛车运动。空客和波音等公司继续为其飞机、直升机和卫星制造3D打印铝部件，后者通常具有 500多个增材制造部件。铝还可用于打印一级方程式热交换器和汽车活塞，如保时捷911 GT2 RS车型的活塞。最近，在改善比AlSi10Mg具有更高强度和耐腐蚀性的铝合金的可打印性方面取得了很多进展。 05镍基合金 Inconel和Monel K500等镍合金在极端温度下仍能保持强度，并且耐高腐蚀性液体，使其非常适合火箭应用、燃气涡轮发动机零件和其他航空航天涡轮机械。然而，可打印性可能是一个问题，因为镍合金在打印过程中往往会产生残余应力和开裂。这些构建失败的风险使得这种材料的打印成本昂贵，因此通常仅用于非常特定的应用。 当今的增材制造技术可以打印比以往更复杂的几何形状。然而，只有为正确的应用选择最合适的粉末，这些零件才能真正实现高性能。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请联系授权。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.干货综述：3D打印制造热交换器的五种材料选择及性能差异 2.综述：热交换器与3D打印、拓扑优化、晶格结构以及航天应用 3.电化学3D打印纯铜CPU热交换器，为AI芯片散热带来新机会 4.AMCM为自家3D打印机批量配备3D打印的热交换器

开发具有中空通道的3D打印超材料是墨尔本理工大学马前教授团队的重要研究方向，并在钛合金空心支柱晶格（HSL）超材料方面取得重要研究进展，其表现出比实心支柱晶格 (SSL) 高得多的结构效率，拓展了轻质多功能金属材料的边界。但研究人员指出，所开发的钛合金超材料并非一直都是最佳的选择，因为钛合金粉末仍然很昂贵。 铝合金在机械强度、较低密度和降低成本之间提供了折衷，同时还具有高耐腐蚀性，从而也能成为超材料开发的重要备选材料。3D打印技术参考注意到，该课题组于近日新报道了复杂AlSi10Mg空心支柱晶格超材料的3D打印制备及其力学性能研究。 然而，由于三个基本原因，铝合金的激光粉末床熔融 (LPBF) 比Ti-6Al-4V等常见金属合金更具挑战性。首先，铝合金被观察到从高熔池温度到室温事存在大体积收缩；其次，高反射率和导热率需要更高的激光能量；此外，铝合金还具有低液相线温度（557°C），导致产生动态熔池。这些因素意味着AlSi10Mg很可能存在几何缺陷和粉末堵塞中空通道。马前教授团队新发表的论文“AlSi10Mg hollow-strut lattice metamaterials by laser powder bed fusion”，研究了AlSi10Mg空心支柱晶格（HSL）的 LPBF可制造性及其机械性能。确定了高保真LPBF制造的AlSi10Mg空心支柱通道直径、壁厚和扫描策略。 (a) FCC 和 (b) FCC拓扑空心支柱晶格模型。(c) FCC_1B、(f) FCCZ_1B、(d) FCC_2B、(g) FCCZ_2B、(e) FCC_3B 和 (h) FCCZ_3B。蓝色代表空心支柱墙，而浅红色代表内部轮廓 内部横截面的 μCT 表征，取自每个 AlSi10Mg 空心支柱晶格的第一晶胞层的中心 (a) 相对屈服强度和 (b) 相对弹性模量与相对密度：AlSi10Mg 空心支柱晶格与 Ti-6Al-4V、Inconel 625、SS316L、CoCr 和 AlSi10Mg 实心支柱晶格的比较 研究发现，使用简单高效的双边界扫描策略，可以通过LPBF技术制造具有高保真内部和外部轮廓以及可忽略不计的容留获粉末的复杂AlSi10Mg空心支柱晶格结构。然而，若要实现完整打印且不会残留粉末，最小壁厚为0.4毫米，最小内径为0.7毫米。 压缩测试表明，所制造的AlSi10Mg空心支柱晶格结构（HSL）达到了Gibson-Ashby模型相对屈服强度的经验上限，与实体支柱晶格结构相当。而具有相当相对密度的Ti-6Al-4V、AlSi10Mg和SS316L的固体支柱晶格(SSL) 通常低于该上限。此外，空心支柱晶格在绝对密度低得多的情况下，绝对屈服强度、弹性模量均与实体支柱晶格相当，从而开发出了基于AlSi10Mg空心支柱晶格的具有轻质和高效结构的超材料。 研究团队3D打印的AlSi10Mg空心支柱晶格 此外，AlSi10Mg空心支柱晶格的屈服强度与此前报道的等效拓扑Ti-6Al-4V空心支柱晶格比较时，会观察到几乎完美的相关性，表明空心支柱晶格的高结构效率取决于拓扑结构而不是材料。考虑到材料成本低、耐腐蚀性好和密度低，AlSi10Mg空心支柱晶格有望找到良好的潜在应用。 潜在应用领域分析 铝合金超材料因其独特的性能和优势，在多个领域具有应用潜力。 首先，铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其成为航空航天领域的理想选择。它可以用于制造飞机、火箭和卫星的结构件，提高飞行器的整体性能和效率。 其次，在汽车制造中，铝合金晶格超材料的应用有助于提高汽车的性能和安全性。可以用于制造汽车的车身结构、底盘和悬挂系统，实现汽车的轻量化。 第三，在电子领域，由于铝合金晶格超材料具有良好的导电性和热导性能，在电子领域的应用逐渐增多。可以用于制造电子设备的散热器、导线和其他关键部件，进一步提高设备的散热性能，并增加其可靠性和稳定性。 第四，在高性能运动器材制造领域，铝合金晶格超材料的高强度、轻质化特性使其在高性能运动器材制造中备受青睐。例如，它可以用于制造自行车框架、高性能滑雪板、帆船桅杆等，提高器材的性能和耐用性。 第五，在微机电系统领域，铝合金晶格超材料在微机电系统领域也有广泛的应用。由于其微小的晶格结构和良好的机械性能，为微机电系统的发展提供有力支持。 需要注意的是，铝合金晶格超材料的具体应用还取决于其晶格结构、制备工艺以及性能优化等因素。随着科技的不断进步，铝合金晶格超材料的应用领域还将进一步拓展，为各个行业带来更多的创新和发展机遇。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请联系授权。欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.史玉升教授&吕坚院士团队：3D打印微晶格超材料！实现突破性的结构-功能一体化 2.重磅研究：3D打印轻质高强钛合金超材料 3.3D打印功能晶格结构对力学性能和失效性能的影响 4.史玉升教授团队：高能量吸收梯度仿生超材料的设计和3D打印

3DXpert中文版为增材制造工程师提供了强大、全面、方便、高性价比的工艺工具套件，快速有效地将3D模型编辑为可成功打印的部件。无论在科研教学、还是批量生产的制造场景下，3DXpert都能协助用户将3D打印技术的潜力发挥到极致。 据3D打印技术参考了解，3DXpert 24.1版本现已上线。通过此次更新，正式开启了打造最易用的打印准备及增材制造设计软件的征程。部分改进已在本版本中实现,更多优化将陆续推出。除此之外，软件方还带来了40多项功能优化，旨在提高用户从增材制造设计、优化、打印准备、仿真到切片的整个工作流程的生产效率。 此版本的部分亮点包括： 优化的用户体验： 通过屏幕底部的选项卡轻松管理多个文件。现在可以通过工具提示更方便地获取屏幕上项目的信息。 增材制造设计优化： 灰度纹理- 通过新的灰度纹理选项，可将任何图像转化为细致入微的纹理。 隐式建模- 新的隐式建模框架提供了大量新工具。生成和偏移隐式结构。轻松创建基于的极坐标、球坐标和UVW坐标的隐式对象。 管道设计中的法兰- 单击一个按钮,即可为不同排列的通道自动创建翼法兰。 打印仿真- 洞悉零件内部： 不仅可查看零件外表面，更可查看内部任意点的仿真结果。通过零件中移动剖面平面,可评估应力、塑性等信息。 全新打印成型检查： 打印检查允许用户分析打印过程中实时生成的图像集合堆栈。该解决方案采用基于人工智能/机器学习的模型，识别不同异常或变形，并将它们与托盘基板上的零件关联。 点击图片链接，了解相关内容！ 了解更详细更全面的产品新功能，欢迎扫码报名4月18日举行的网络研讨会。 扫码预约： 3DXpert着力打造更符合市场发展趋势的一站式软件解决方案。 • 优化设计结构—— 通过创成式设计、隐式结构、晶格设计和拓扑优化， 最大限度地发挥增材制造的作用，减轻重量，增强功能性 • 保证打印质量—— 成熟的数据准备和先进的成型仿真功能，提高打印成功率和成品质量 • 面向智能制造—— 考虑增减材制造的需求，提供丰富的面向制造的编辑功能；自动化设计和准备，优化大批量生产工作流程 • 减少制造成本—— 灵活的扫描策略设置，优化打印效率并减少材料消耗和后处理 3DXpert添加支撑功能 3DXpert添加支撑功能与设计扫描路径 快捷的晶格结构设计 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）;硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.国产3D打印数据准备软件——VDA5.0新版来了！ 2.新方案解决3D打印过程中数据量过大的问题 3.TCT亚洲3D打印展：铂力特相关看点 4.TCT亚洲3D打印展：华曙高科相关看点

热交换器在多种应用中不可或缺。一般来说，热交换器用于在流体之间传递热量（通常是运动流体），以消除组件在工作过程中产生的过多热量。特别是在航空航天应用中，发动机的大部分冷却是由位于发动机和机舱之间的空气-油热交换器提供的，热交换器可以冷却运行中发动机的机油，从而尽可能优化发动机的容量。因此，该器件必须能够在高温、严重腐蚀和磨损的条件下运行，适用于在海洋大气、动态振动和长时间运行的地区停顿时间较长的飞机。 热交换器传统开发和制造面临挑战  由于结构复杂，航空航天热交换器传统上通过钎焊或扩散接合组装薄板的漫长流程生产而来。钎焊使用熔点低于所连接基材的填充金属，可产生牢固的粘合并提高耐腐蚀性等性能，但它并不完全适合具有多个接头的大型部件，并且需要高技能和经验丰富的操作员才能达到最佳结果。创新的扩散接合可以使金属部件之间更好、更容易的结合，从而形成高性能的紧凑型热交换器。特别是，该过程包括施加高温和高压来粘合板材，而不会熔化或使形状变形。然而，该过程需要专门的设备和较长的处理时间。此外，连接的成功依赖于表面处理和表面之间的紧密接触，限制了复杂几何形状的应用范围。多年来，航空航天业取得了巨大的技术进步，如今热交换器的组件制造效率更高，以最大限度减少浪费。然而，新的、更高效的热交换器的开发仍在继续。最重要的是通过影响尺寸等来减少组件的最终重量，同时热效率方面的性能必须达到高水平。因此，热交换器的设计和制造过程中有几个主要目标，从工程和生产成本的角度来看，这些目标都具有挑战。 航空发动机中的油热交换器 如今，航空航天领域使用的所有组件都对制造和使用寿命提出了要求，以满足最严格的环境规则，迫使这些行业对热交换器有了新的愿景，希望通过复杂设计提升热交换效率，但通过传统制造技术却实现复杂系统的制造。此外，这项新规定引发了对新型制造技术的考虑，因此也考虑了具有高密度/强度比的材料。 由3D打印制造的热交换器 热交换器的设计通常是最大化零件表面积和最小化零件内压降之间的复杂平衡。通常，热交换器可以通过多种方式进行分类，例如传递机制、过程性质、流体流动和紧凑性。紧凑型热交换器的特点是每单位体积具有大量的热交换表面，通过最小化组件的总体积来最大化传热是紧凑型热交换器设计的基础。由于体积相对较小、重量轻且热效率高，这些紧凑型热交换器已在航空航天领域得到广泛应用。 拓扑优化与晶格结构受重视 科学界仍在探索新的设计工具和制造方法，以解决热交换器的现有局限性，并最大限度提高热效率，同时实现组件的极度紧凑和轻量化。热交换器的许多细节最终不是由性能要求驱动，而是由制造能力驱动。因此，了解节距、翅片高度和翅片厚度等变量的影响对于重复生产轻质、高性能的热交换器至关重要。过去，大量关于翅片形状与热效率之间相关性的研究推动了新热交换器的设计。传统上，所使用的翅片类型是金属板材成型或弯曲工艺的结果，并且其几何形状必须允许在最终部件上轻松连接。这减少了用于生成新的、功能更强大的热交换器的可能的几何形状组合。 Sintavia 3D打印制造的大尺寸热交换器   现代工业已达到一定的技术进步水平，可以保证克服上述限制。特别是，设计阶段的拓扑优化和生产阶段的增材制造这两种新技术的结合，扩大了热交换器的生产空间，增加了可能的类别，并且在一些限制下，可能有助于提高性能用于航空航天和其他应用。 拓扑优化是一种数学技术，它使用可变的设计参数和约束条件来生成形状，以保证一个或多个目标函数的最大化或最小化。具体来说，在满足约束条件的情况下，通过调整工程参数的值来达到目标函数的最大值或最小值，这就是优化的实现。这种有用的工具与先进的计算建模软件和增材制造技术相结合，可以创建具有优化表面和低重量的热交换器设计。 使用优化模型和增材制造生产的新型热交换器 对最大化散热和性能的日益增长的需求是热交换器设计的新愿景。例如，晶格结构的使用被证明是增强传热从而提高热交换器效率的一种可能方法。晶格结构是一种由支柱组成的结构，以周期性排列的拓扑顺序排列，重复一次或多次。网格结构保证了显著的机械阻力，从而形成高效的负载支撑系统，并且还为横流热交换提供了制造的可能性。由于冷流体通过孔道传播的横流，来自热流体的热量通过传导和对流通过网状结构局部消散。晶格结构的空区域中的高热传导和对流以及低流动阻力的结合导致了高效的热交换。传统上，晶格结构是使用传统制造技术生产的，这在架构数量上有很多限制。另一方面，现代增材制造技术的引入扩大了可以创建的可能几何形状。 带有晶格结构的3D打印热交换器   目前，对空心结构使用的研究正在进行中，与晶格结构的结合可以显著提高热效率。这些通过增材制造制造的新型空心壁热交换器具有巨大的工业发展潜力，但传热、损失和结构类型之间的关系仍需要正确评估。尽管如此，通过增材制造晶格结构和薄壁特征的一些限制仍然是科学研究仍在努力应对的挑战。最小和最大倾斜度、厚度和精度的限制并不总能保证实现复杂结构的制造。 热交换器的增材制造 增材制造是一种现代制造工艺，为创造具有复杂几何形状的新产品提供了极大的灵活性和机会。近几十年来，增材制造开始对传统制造技术难以制造的产品且原材料浪费非常严重的工业领域产生了巨大影响。此外，增材制造的引入使得拓扑优化等技术的实施成为可能，从而通过减轻组件的重量来提高性能。因此，在航空航天领域使用这些工艺制造组件增加了创新机会，并提供了制造热交换器的新方法。 GE9X上的3D打印热交换器 如今，增材制造工艺多达几十种，但能够制造热交换器的3D打印工艺需要仔细甄别。直接能量沉积（DED）技术能够生产大型部件，但产品的最终表面和尺寸精度较差，使得该工艺不适合生产薄型特征的热交换器。超声波增材制造 (UAM)利用超声波摩擦来连接薄金属板，然后通过减材工艺对该层进行加工以创建所需的几何形状，目前有许多研究正在证明该技术制造热交换器的能力。粉末床熔融技术是迄今为止大规模生产金属零件时使用最广泛的增材制造方法，该工艺制造了当前最常见的3D打印热交换器。 赛峰金属3D打印的新型高性能热交换器 为航空发动机等行业设计更为高效的热交换器因3D打印技术的成熟而变得可能。本文为热交换器增材制造的第一篇内容，下篇将介绍3D打印制造热交换器的挑战及材料选择。注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.3D打印 | 赛峰集团推出新型航空发动机热交换器HIPEX 2.90万欧元3D打印热交换器订单！ 3.高导热、高强度——用于热交换器3D打印的「双两百」铝合金问世 4.增材制造高性能换热器的应用设计

结构拓扑优化设计以寻求材料最优分布形式与最佳承力路径为目的，在符合结构材料力学特性的前提下，实现结构的轻量化设计。然而拓扑结构往往比较复杂，传统制造技术难以实现精准、快速制造。金属增材制造技术可实现复杂零件的快速制造，极大地拓宽了设计空间。 增材制造技术前沿注意到，来自沈阳航空航天大学机电工程学院和中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所的研究人员发表了《面向金属增材制造的拓扑优化设计研究进展》一文，综述了面向金属增材制造技术的结构拓扑优化设计研究进展，从优化拓扑算法的角度，归纳了基于单元网格与边界演化的拓扑优化方法在改善结构连续性与可制造性方面的有效措施；从金属增材制造约束的角度，总结了考虑几何约束、成形约束、材料性能约束的拓扑优化方法，并结合金属增材制造与拓扑优化技术的发展趋势进行了展望。   面向金属增材制造的拓扑优化设计随着我国航空航天事业的持续发展，航空结构件需满足轻质高效、长航时、高机动性等要求，因此，进一步降低结构质量系数是结构优化设计领域面临的一项严峻挑战。传统轻量化设计大多是基于经典结构的等效替换，例如通过新工艺、新材料等精益改善和挖掘结构潜能，现已趋近“天花板”。 拓扑优化技术作为结构优化设计的重要分支，通过定义材料属性、载荷工况与约束条件，寻求给定设计域内材料的最优分布形式，是结构轻量化设计、获得高性能创新构型的有效设计方法，现已被广泛应用到航空航天、汽车制造等领域中。例如，应用填充微观点阵结构的卫星支架多尺度拓扑优化设计，使卫星支架减重17%，动态响应减少25%；考虑切口、保持传统钣金轮廓的涡轮发动机支架的拓扑优化设计，使发动机支架减重25%；考虑增材制造工艺、扩大设计空间的拓扑优化设计，使发动机支架减重66%，最大位移减少约50%；由30多个单独部件组成的稳定器前翼梁支架，应用拓扑优化一体化设计，成功实现前翼梁支架减重30%，显著改善结构性能，提升加工效率。  金属增材制造技术   然而拓扑构型通常较为复杂，受制于传统制造工艺限制，设计人员往往需要简化最优拓扑构型，这导致拓扑优化的结构优势不能充分体现。增材制造技术使用高能束热源，采用“自下而上”材料逐层熔化沉积的叠加方式，无需模具，可实现复杂拓扑构型的快速“自由制造”，解决了结构优化存在的“制造决定设计”的问题，极大地拓宽了设计空间。但金属增材制造技术并不是完全“自由制造”技术，仍存在特有的制造约束，如当拓扑构型最小尺寸小于设备精度时，则会出现打印失败现象；受制于设备成形腔与结构热变形限制，增材制造大型构件时，需进行分块与连接处理；增材制造零件有时会沿构建方向出现20%~40%的强度损失；对于粉末床增材制造技术，在制造含有封闭孔洞的拓扑结构时会出现内部粉末与支撑难以去除等问题。因此，在拓扑优化设计中考虑增材制造约束，发展面向金属增材制造的拓扑优化设计方法具有重要意义。 金属增材制造技术虽有效解决了复杂拓扑结构可制造性差的问题，但仍存在某些制造约束，如当结构最小尺寸小于束斑直径时，零件实际打印轮廓会超出设计轮廓；激光选区熔化技术所能制造的零件几何尺寸受限；当悬垂角度选择不当时，会产生零件装配孔材料塌陷、支撑结构断裂等现象；采用粉末床增材制造技术时，制造的含有封闭孔洞的结构存在内部粉末与支撑无法去除等问题。因此，在拓扑优化设计中需同时考虑结构几何约束、成形约束、材料性能约束等多种增材制造约束，从产品拓扑优化设计源头改善制造工艺局限性，以实现结构设计制造的一体化。   增材制造打印失效 ：（a）装配孔材料塌陷；（b）支撑结构断裂；（c）内部支撑无法去除 拓扑优化设计可以依据材料属性、约束条件及载荷工况，在给定设计区域内寻求材料最佳分布形式与最优承力路径，实现高性能轻量化设计。金属增材制造技术基于高能束热源，采用快速熔化与逐层叠加的成形方式，可实现复杂拓扑构型的快速原型制造与实体自由制造。将拓扑优化设计与金属增材制造结合，归纳了基于单元网格与边界演化的拓扑优化方法在改善结构连续性与可制造性方面的有效措施，总结了考虑金属增材制造几何尺寸约束、成形约束及材料性能约束的拓扑优化方法，为学者们进一步研究面向金属增材制造的拓扑优化设计提供了参考。   考虑最小尺寸约束的拓扑优化：（a）节点设计变量与投影函数 ；（b）鲁棒公式 ；（c）空间梯度算子 ；（d）骨架提取与最小特征优化 MBB 梁自支撑优化：a）悬垂投影约束；b）优化悬垂角度与打印方向；c）多边形特征孔；d）非线性虚拟温度场   考虑连通性约束的拓扑优化：a）虚拟温度场；b）最短连接隧道；c）边约束；d）应力最小化   考虑材料各向异性的拓扑优化：a）强度各向异性 ；b）量化增材制造工艺参数   拓扑优化设计存在设计变量巨大、计算效率较低、求解困难、弱收敛等不足，现有拓扑优化算法往往难以输出可直接应用于增材制造的结构性能最优解，学者们往往基于最优拓扑构型进行二次简化设计，损失了结构性能。因此，结合并行计算技术，开展设计变量较少、收敛性较好的算法研究以输出可直接应用于增材制造的最优拓扑结构具有重要现实意义。 宏观拓扑优化与微观点阵结构研究日趋完善，将宏观拓扑优化设计与微观点阵结构有效融合，建立多尺度结构之间的高度衔接性，充分利用拓扑优化的高性能构型及增材制造提供的广阔设计空间，追求高性能的轻量化设计具有广阔发展前景。 考虑金属增材制造约束的拓扑优化方法采用较为理想的材料模型，与金属增材制造技术实际打印过程存在一定的差异，因此，通过建立多元工艺参数下的材料各向异性精准拓扑模型，量化金属增材制造设备工艺参数，模拟金属增材制造加工过程及预测零件翘曲变形与开裂，可有效减少残余应力与变形，改善成形精度与表面质量。 面向金属增材制造的拓扑优化往往是基于单一材料的优化，将多材料、拓扑优化及金属增材制造有效结合，研究功能梯度材料的拓扑优化设计与金属增材制造技术，实现材料、结构、工艺、性能一体化设计，是追求高性能、多功能、轻量化的又一突破点。 该文收录于《中国激光》2023年第12期。刘博宇, 王向明, 杨光, 邢本东. 面向金属增材制造的拓扑优化设计研究进展[J]. 中国激光, 2023, 50(12): 1202301.本文已获取作者及期刊特别授权，如有转载，请联系授权方。《中国激光》由中国科学院上海光学精密机械研究所和中国光学学会主办，创刊于1974年，是国内唯一一本全面报道激光技术领域最新研究成果的专业学报类期刊，被EI、ESCI、AJ、CA、INSPEC、Scopus、CSCD等检索系统收录。在光学领域唯一连续2次获得全国“百强科技期刊”，多次获得“百种中国杰出学术期刊”称号。2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2021年获得了“第五届中国出版政府奖”期刊提名奖。面向国家重大发展需求，《中国激光》于2021年推出“前沿激光制造”专题刊，以强化国家战略科技力量，推动制造强国战略目标加速实现。“前沿激光制造”专题刊聚焦国内外激光制造领域的优秀成果，以前瞻视角为站位，以激光制造领域的战略性支撑技术为出发点，通过快速报道领域内的动态与发展趋势，推动激光制造领域的产学研创新发展。专题刊收稿范围包括：激光增材制造、激光微纳制造、激光成形制造、激光表面加工。欢迎各位老师持续关注。    欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.增材制造：拓扑优化与梯度点阵结构提升零部件附加值 2.案例剖析 | 拓扑优化与点阵填充实现轻量化的秘诀 3.整体化、轻量化与批量化 | 铂力特展示航空航天金属3D打印潜力与趋势 4.直接和间接3D打印部件，大量轻量化技术和材料——奔驰下一代电动汽车制造思路

在纯铜中添加镍、钼、钒和铬等金属，能够借助Hall-Petch和Orowan效应提高铜基体的强度。铜铬铌GRCop（GrCop-84和GRCop-42）系列是格伦研究中心专门为火箭发动机的主燃烧室衬里研发的铜合金，由于高导热性和导电性，在全球范围内广泛适用于众多应用。 此前的报道多集中于采用这两种合金制造燃烧室，对于GRCop系铜合金晶格的研究则是首次看到。晶格结构的高表面积、高强度重量比和导热特性使其在各种应用中具有吸引力。由GRCop系合金制成的晶格结构结合了该合金的高强度和导热性，同时通过使用晶格结构最大限度减轻了重量并增加了能量吸收，因此具有广阔的应用空间。而任何新兴材料的结构完整性和机械行为都是设计、制造和材料力学领域的重要研究课题。 3D打印技术参考注意到，美国亚利桑那大学和阿拉巴马大学航空航天与机械工程系的团队研究了3D打印的GRCop-84铜合金晶格结构的力学行为。该研究分析了微观结构、拓扑结构之间的相互作用及其对增材制造的铜铬铌合金(GRCop-84)晶格结构的准静态和动态行为的综合影响。测试的四种拓扑结构是相对密度为30%的八角体桁架、相对密度为20%的菱形十二面体和菱形以及相对密度为15%的十二面体，单元晶胞的尺寸分2mm和4mm两种，使用X射线计算机断层扫描和光学显微镜表征了孔隙率和晶粒结构，对打印态样品进行了准静态和动态应变率测试。 晶格孔隙率量化 对晶格结构打印态和热等静压态（HIP）分别进行X 射线断层扫描，并提出了晶格体积分数、空隙率和孔隙率的概念。晶格体积是指晶格内材料的体积，空隙体积是扫描晶格内空隙的体积。空隙体积比是由总晶格体积归一化的空隙总体积。计算空隙体积比，以量化孔隙率占总晶格体积的百分比。可以观察到，热等静压在降低晶格结构的孔隙率方面是有效的，4mm晶胞尺寸对HIP的响应更大，空隙体积比降低了40%，而2mm晶胞尺寸样品的空隙体积比仅降低了22%。还观察到基于样品的晶胞尺寸的孔隙率变化。具有4mm晶胞的HIP样品的孔隙率降低了57%，2mm晶胞尺寸的样品的孔隙率减少了44%。 本研究中使用的拓扑单元及其尺寸 ct检测孔隙度图 热等静压前后的孔隙率变化 这意味着，孔隙率受晶胞尺寸和热处理的影响，2mm晶胞尺寸的样品不易形成孔隙。对比经过热等静压处理的样品，发现热处理可降低孔隙率，而且4mm单元晶格比2mm单元晶格对热等静压热处理更敏感。 变形机制 剪切带已被认为是结晶金属适应塑性的局部变形机制之一。位错的集体运动或机械孪生经常导致显微剪切带发生。剪切带也可以在结构层面表现出来。据报道，结构剪切带出现在金属泡沫和晶格结构中。晶格结构中结构剪切带的出现是通常与负载下降同时发生，从而导致能量吸收能力的损失。更好地了解触发结构剪切带形成的潜在微观和宏观机制，可能会获得控制它们的必要知识。 3D打印GRCop-84铜合金晶格结构的变形和坍塌机制取决于热处理和晶格的晶胞尺寸。在GRCop-84铜合金晶格结构的压缩测试中观察到两种主要的变形机制。第一种机制是剪切带形成，导致结构中的晶胞以45度角塌陷；第二种机制是逐层塌陷直至致密化。在未接受热等静压的4mm晶胞样品中，剪切带形成导致的失效成为主要变形机制。 准静态加载方向和相机位置 剪切带形成引起的变形 变形的三个阶段，从节点处的应变局部化开始，到致密化结束 不同晶胞尺寸的晶格结构崩溃比较 准静态和动态压缩测试结果表明，变形趋势与相对密度无关。无论拓扑结构和晶胞大小如何，打印态样品在屈服后突然负载下降与结构剪切带形成或局部不稳定导致层突然坍塌一致。具有4mm晶胞的GRCop-84结构在经热等静压后可以在屈服开始时去除剪切带。由2mm晶胞制成的热等静压态结构增加了流动应力，并消除了准静态测试期间的突然负载下降。在动态加载过程中，热等静压带来的微观结构变化并未显著改善相同拓扑结构样品之间的流动应力。 热等静压过程所带来的孔隙率降低是将主要坍塌机制从剪切带变为逐层坍塌的主要因素。准静态和动态测试结果表明热等静压能够改变晶格结构的机械响应，其通过降低孔隙率和释放样品内的残余应力来改变微观结构。由于残余应力的存在，打印态样品表现出更高的屈服点，在10%应变下强度急剧下降，一直持续到晶格结构完全致密化。 END 具有晶格结构的GRCop-84可制造具有更高换热效率的器件，这是由于GRCop-84的高导热性和表面积增加所致，晶格结构的可控固有空间和表面积使它们非常适合热交换器等热应用。除此之外，在如今结构、功能一体化设计的趋势下，研究高功能下的结构性能是不可忽视的重要组成部分。总的来说，这项研究首次看到了采用3D打印制造的GRCop铜合金晶格结构。 论文参考：https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102928 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.西工大黄卫东、林鑫教授团队：3D打印Al-Si合金工艺–组织–性能量化关系研究 2.无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线 3.视频：F357、TC4、IN718，众多先进材料3D打印组件集中布置到太空运输工具 4.新技术使3D打印零件无损检测速度提高6倍，结果更精确

墨尔本理工大学增材制造中心马前教授团队在此前的5月31日于Nature杂志发表了借助3D打印研制出新型钛合金的研究，3D打印技术参考注意到，马前教授团队还于日前在Scripta Materialia上发表了题为“Node-reinforced hollow-strut metal lattice materials for higher strength”的文章。该研究报告了一种设计策略，通过采用节点加固策略可显著提高空心支柱金属点阵的强度。 空心支柱金属晶格材料 空心支柱金属晶格材料是一类新兴的晶格材料，与以往晶格结构不同之处在于其支柱和节点皆为空心，它们共同在晶格结构中形成相互连接的通道网络。在相似的相对密度下，空心支柱金属晶格比实心支柱晶格结构具有更高的结构效率。尽管结构效率高，但这些新型晶格材料的空心节点被发现是薄弱点，通常会导致过早失效。这阻碍了相互连接的空心支柱的固有优势的充分利用。例如，对Ni空心支柱晶格压缩的原位研究表明，变形局限于空心节点，而空心支柱应变最小。 https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2023.115547 显然，这种具有内部通道的晶格结构与其他实心支柱晶格结构在失效模式和机械性能方面有所不同。通常认为加厚节点壁可以用作节点加固策略，但墨尔本理工大学的研究人员认为引入专门设计的亚毫米节点加固方法可能从根本上提高它们的强度和刚度，同时需要考虑采用粉末床激光金属3D打印对空心支柱的可制造性，及如何避免粉末堵塞空心支柱。 为了展示设计理念，研究人员选择了空心支柱简单立方格子来进行节点加固和评估。这是因为简单立方格子拓扑结构的垂直支柱（承重较大）与水平支柱（承重较小）的数量比很高，因此是结构效率最高的晶格结构设计之一。此外，它的节点数量很少，因此通过应用节点加固来增加密度很容易管理。 空心支柱金属晶格节点加固方法 研究人员提出了三种节点加固策略，3D打印技术参考细致观察了其结构特点，其分别为在支柱节点内部垂直交叉加强、节点处管壁内外设置非接触加强筋、节点处沿管壁外侧设置加强筋。加强筋的厚度分为0.89mm和0.36mm两种，为确保节点加固后粉末自由流出，每个中空支柱的内径设计为1.78mm，外径为2.5mm（可见壁厚为0.36mm）。 三种节点加固策略 研究人员设计了未加固空心支柱晶格、采用以上加固策略的晶格以及未加固的实心支柱晶格，采用金属3D打印制造了上述钛合金晶格结构，并使用微焦点计算机断层扫描（µCT）检查。发现，在所有空心支柱晶格中都没有观察到粉末留存，包括那些带有内部节点增强的格子。支柱的内外轮廓均匀对称，目视检查每个格子支柱的外部轮廓也证实了其沿支柱轴线的均匀横截面。每个结构的的设计值与测量值之间的差异小于2.5%，确认设计与制造的一致性。 µCT对晶格结构的检查 对三组晶格的压缩应力-应变测试发现，每个晶格在峰值应力后强度急剧下降，这是因为该类晶格的屈服强度和弹性模量的解析解遵循相关模型。与未加固的晶格相比，所提出的节点加固设计，尤其是第一种，屈服强度和杨氏模量大幅增加。平均而言，该加固方式的晶格结构屈服强度增加了122%，密度增加了24%；第二种加固方式的晶格结构屈服强度增加了114%，密度增加了17%；；第三种加固方式的晶格结构屈服强度增加了101%，密度增加了18%。 不同情况下，Ti6Al4V简单立方晶格的压缩应力-应变曲线 实际的测试表明，所设计的三种节点加固空心支柱晶格结构的峰值应力分别超过现有实心支柱格子的峰值应力42%、31%和35%，表明他们卓越的结构效率。这一观察表明，这些加固的空心节点在单轴压缩下的行为类似于实心节点，因此可以利用空心支柱的固有结构效率。它突出了使用节点增强的空心支柱晶格代替实心支柱晶格的潜力。 基于Gibson-Ashby模型的相对屈服强度与相对密度和相对弹性模量与相对密度的双对数图 对比Ti6Al4V、SS316L、CoCr、Inconel 625和AlSi10Mg发现，节点增强的空心支柱晶格都位于经验上限之上，表明金属晶格具有以前无法实现的不寻常的结构效率。并且，无论晶胞如何拓扑，节点增强的空心支柱晶格始终优于未增强的空心支柱晶格和等效相对密度的现有实心支柱晶格。  失效模式与增强效果 研究人员以7×7×7mm的晶格结构探究节点增强和未增强的空心支柱晶格结构的失效模式，该尺寸的结构满足代表连续体机械响应的要求。当节点区域达到屈服阶段时，未增强的空心支柱晶格最初观察到节点椭圆化，然后随着施加的载荷的进一步增加而局部坍塌。 随着结构开始屈服，内部节点加固策略观察到节点椭圆化显著减少。达到峰值应力后，两个格子都观察到在支柱和节点之间的交叉点处发生塑性铰接，导致单层宽剪切。这种失效模式对于实心支柱晶格很常见，因为缺少倾斜支柱来抵抗横向应变。这一观察进一步证实，这些加固的空心节点的行为类似于实心节点。 外部节点加固设计表现出明显的失效模式，到达屈服阶段后，节点以类似于未加固节点的方式椭圆化。然后，剪切诱导的节点断裂沿着整个晶格的45°对角线发生（不再局限于单层），这些节点处的塑性铰接可忽略不计。这是另一种常见的晶格失效模式，比单层失效模式更具灾难性。 压缩失效模拟 为了定性了解单轴压缩下节点增强的结构效率，使用晶格节点的实体连续体模型实施了各向同性线弹性FEM模拟，发现节点增强的局部屈服阻力比未增强时高约50%。没有节点加固，应力集中直接发生在薄节点壁的内外表面上。相比之下，对于内部和内- 外节点加固，应力集中在互连支撑区域中发生的程度要低得多，并且施加到节点壁上的应力要小得多，这种应力分布允许这些内部支撑的晶格中的节点区域抵抗整个晶格结构的过早椭圆化和断裂，以承受更大的整体变形。 在研究的三种节点加固策略中，在每个空心节点内放置两个连续的加强板相当于引入两个承重垂直支柱。这有效地增加了节点横截面积，从而降低了施加到节点的峰值应力。相比之下，虽然沿Z轴在每个空心节点外部放置四个连续的加强板也可以成功降低施加在节点上的峰值应力，内部空心节点空间保持完好，但每个外部加强筋与空心节点内壁之间的四个连接区域成为应力集中区域（如图所示的两个垂直相对的红色区域）。因此，内部节点加固策略是最理想的选择，但该策略需要使用足够宽的中空通道以避免粉末阻塞。考虑到所有这些因素，内-外部节点加固策略似乎是一种有吸引力的折衷方案，其同时具有均匀的应力分布。 END 总之，采用LPBF工艺打印了具有三种节点增强策略（内部、外部、内部-外部）的空心支柱Ti6Al4V立方晶格，其中没有粉末存留并进行了评估。与未增强的空心支柱格子相比，这些节点加固策略将屈服强度、弹性模量显著提高，密度也适度增加。无论晶胞结构如何拓扑，这些节点增强的空心支柱晶格的相对屈服强度始终位于经验模型上限之上。此外，它们的峰值应力比密度相似的实心支柱立方晶格的峰值应力高出42%，表明它们具有出色的结构效率。内部节点加固策略产生了最佳的机械性能，但为避免粉末堵塞，该策略需要使用足够宽的中空通道。在这方面，内部-外部节点加固策略提供了一个有吸引力的选择。 注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.Nature最新：超越TC4，3D打印获得更高强韧性钛-氧-铁合金 2.新技术极大提高金属3D打印晶格「结构完整性」检测的准确性 3.尺寸达1.3米，铂力特BLT-S1000 3D打印铝合金蒙皮点阵结构 4.3D打印点阵结构：材料疲劳容限设计与制造的力学性能综述

换热器最为一种热量传递设备，广泛用于航空航天、汽车、电力等诸多领域。传统换热器在优化方面已经做了大量工作，但在设计过程中受到几何造型、材料和制造工艺的限制，通常整个组件是由管道或金属板构成，必须考虑焊接、钎焊或螺栓连接等连接技术。   增材制造（AM）作为一种先进的制造技术，基于计算机辅助设计（CAD）的三维模型，遵循逐层制造过程，能够制造非常复杂设计的换热器。增材制造突破了换热器的外形设计，由于不需要考虑传统换热器的进出口与换热组件的连接工艺，异型进出口和应用全新设计理念的换热组件随之出现。 燃气轮机-逆流热交换器   历经三十多年的发展，增材制技术造突破了传统工艺和造型的限制，让换热器设计重心回归自身功能本身，一些增材产品常用的设计技术同样适用于高性能换热器的设计。   仿生技术 仿生技术被认为适用于增材制造换热器的路径设计。自然界中存在许多换热和传质现象，比如呼吸系统和血管系统，它们历经亿万年的进化，同时具备了高传热效率和低压降损失。这些系统管路都存在分形结构，流道结构相互重复，是一种分配流量非常有效的方法。分形仿生技术常用来解决换热器进口流量分布均匀性和降低流阻，有着较好的效果。   分形散热器，m代表重复次数 空间曲线填充 内壁面增加曲线状波纹是一种有效提升换热器换热效率的设计方法。曲线波纹构造出全新的内部流动区域，使得换热面积增大的同时在一定程度扰动了内部工质的流动状态。FASS曲线使用一个简单的逻辑定义，对图形重复具有良好的，常用于内壁的曲线的波纹创建。FASS是一类通过网格的每个点而不相交的曲线，代表空间填充、自避免、简单、自相似，具有分形行为，且每条线段都与整个曲线相似。 FASS 曲线四次迭代空间结构拓扑优化 拓扑优化是用数学的方法对给定区域内的材料进行分布优，在约束条件下寻找材料最佳的分布方案。散热器已经用拓扑优化寻找具有高传热效率和低压降流路的几何形状。但是拓扑优的最终方案通常外形结构非常复杂，传统的加工手段要么难以实现，要么实现成本过高，现实中更多的是依靠设计人员对拓扑结果二次设计，牺牲掉一些性能解决加工问题。增材制造的优势之一就是在不增加成本的情况下生产复杂的几何外形，因此它非常适合与拓扑优化结合使用，拓扑优化设计性能最优的散热流道，增材制造完成最终方案的生产。 流道拓扑优化 TPMS胞元结构设计 三周期极小区域（TPMS）是一种平均曲率为零的隐式周期曲面，可以用数学函数精确地表示出来，表面非常光滑，没有尖锐的边缘或连接。相同的TPMS的胞元填充在换热区域，三维空间被TPMS分成两个分离的连续区域，每一个区域都可以被视为一种换热流体，形成纵横交错又相互隔绝的两个流体域。  TPMS胞元类型D型胞元和G型胞元区域   G型胞元填充换热空间  孔隙率，比体积能够通过调整功能参数直接控制，不同的的孔隙率意味着可以调整TPMS孔隙率适用冷热工质不同的流量，平衡两侧的压降。光滑的表面、较大比体积、结构的完整性和良好的混合潜力使得TPMS成为高性能换热器较为理想的内部热流道，如下图所示。   航空冷油器增材制造 本文内容来自安世亚太，作者刘强是动力工程及工程热物理专业工学硕士，安世亚太DfAM赋能业务部流体仿真工程师，擅长三维流体仿真和流道拓扑优化，从事DfAM换热器流体仿真工作。 欢迎转发 主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.极速响应！国产3D打印数据处理软件功能大升级，满足更多工艺需求 2.90万欧元3D打印热交换器订单！ 3.一站式读懂如何为3D打印应用选择合适的聚合物材料 4.报名 | Formnext深圳增材制造展，超300企业+1.5万名观众+80场论坛

3D打印可以生产很多特殊功能的复杂结构，且生产成本对零件的复杂度不敏感，其中晶格结构是使用最广的复杂结构之一。晶格结构是在设计区域内，按照预定规则添加的空间三维小梁（或面）结构。利用晶格结构替换实体区域后，最直接的效果就是减重，此外也有额外的功能性，如改变设计区域的力学性能、减震、提高表面积等。3D打印让晶格结构的生产也变的更简单，而晶格结构也赋予增材制造额外的使命，两者结合将为客户提供更好的解决方案。 晶格3D打印 机遇与挑战并存 晶格被广泛应用于不同行业中，如医疗、航空航天、工业和消费品等。晶格结构在基于增材制造的设计中可以降本增效，通过减少体积、优化结构来降低打印时长、用粉量，还可以在一定程度上提高产品自身的性能。在医疗植入领域，晶格结构搭配合适的孔隙率可以加快植入体和骨骼组织的融合；在航空航天领域，晶格对减少重量的帮助至关重要，达到更高的边际效益。也有一些产品利用晶格结构可以应对冲击等外力作用，用作缓冲和能量吸收。近年来，TPMS晶格结构也逐渐走入业界视野，该结构的三重周期最小表面特点成为提高换热器效率的绝佳方式。 尽管晶格可以带来诸如降本增效、提高能量吸收效率等多重好处，但它的数据量往往比普通实体零件要大得多，因此也更难仿真、数据处理时间也会更多，以致于阻碍着晶格的进一步普及应用。 赋能晶格 设计-仿真-打印 无论从事3D打印设计、工艺还是应用，都应该对晶格结构有更多的认识，而来自厂商的知识分享则不容错过！   3DXpert作为一款一站式的增材制造数据处理软件，提供了先进的结构分析，允许创建复杂的构形和结构，并将应力和变形最低化。3DXpert还提供了一系列有用的工具，可以在设计过程中获得最佳性能，从而使晶格设计变得更加高效。   首先在设计端，3DXpert提供丰富的晶格类型，以覆盖绝大多数基于增材制造的设计（DfAM）应用场景。 其次是打印仿真功能，仅仅只有晶格是远远不够的，还需要考虑增材制造的生产特点，设计可行的方案。3DXpert内置有仿真模块，能够对设计方案的可打印性进行验证，使用者可以自动识别晶格和零件实体，并针对晶格部分进行独特快捷的晶格仿真。 最后，因为3DXpert的软件一体性，非常容易将晶格和零件的其他部分区分开来，提供不同的扫描策略。  由3DXpert设计的晶格结构 3DXpert提供了医疗航空航天所需的体晶格、面晶格和消费品常用的纹理等功能；并可基于隐式建模创建TPMS结构和TPMS结构的基础流体仿真，为换热器应用提供从设计到生产的完整解决方案。 独特的网格划分求解器和等效替代晶格仿真方案，为用户带来快速精准的晶格仿真结果。在设计晶格结构时，3DXpert提供了考虑角度等制造相关特征的设计优化，也提供基于FEA力学仿真的使用需求的点阵优化和分析工具，保证设计的晶格方案不仅可生产也可更好地被使用。 3DXpert还可以自动识别晶格、支撑、实体零件等部分，并可设定不同的扫描策略，以满足DfAM生产时不同的路径规划需求。 欢迎转发 主编微信：2396747576; 硕博千人交流Q群：248112776；网址： 延伸阅读： 1.4.18日直播 | 适合实验室的小尺寸金属3D打印机的技术要点不容忽视 2.新技术极大提高金属3D打印晶格「结构完整性」检测的准确性 3.使用挤出间接3D打印技术制作金属和陶瓷晶格结构 4.3D打印的固有制造缺陷使其还无法完全替代热交换器的传统制造技术