3D打印TPMS结构陶瓷航空航天换热器

与金属换热器相比，陶瓷换热器在具备高效换热的同时，还具有电绝缘性、耐腐蚀性和更优异的热膨胀系数匹配性，适合在更恶劣和要求电气绝缘的环境中使用。例如冶炼高温窑炉、精细化工、电厂烟气换热、输电设备散热、新型发动机中的燃烧室部件、汽车尾气热量回收等场景。

图1是一款采用Lithoz公司的LCM陶瓷3D打印工艺制造的油冷却器。它所采用的材料是氮化铝，这是一种新型的陶瓷3D打印材料，具有高导热系数和机械稳定性。这款油冷器具有高度复杂的内部冷却结构，从图1 可以看出，它包含了薄壁、高密度微通道冷却结构，在实现高效散热的同时，具有紧凑化、轻量化的特点，能够承载高热流密度。

Lithoz指出，这款散热器无法通过统陶瓷加工工艺制造，只能通过3D打印技术提供的几何自由度来实现。此外，它结合了高热导率和全电气绝缘性，使得在电气化系统附近集成更安全，优于传统金属散热器。

最终，它被用在了航空航天应用中，实现了高热性能和减轻重量的效果，同时具有更强的系统集成能力。

图3 是Lithoz制造的整体式陶瓷螺旋体，被用于固体燃料电池领域，它将空间分割成两个连续的、相互贯穿的、永不接触的通道。最终结果是，其功率重量比是传统固体氧化物燃料电池的五倍。

图4 是国内陶瓷3D打印解决方案提供商奇遇科技，开发的包含内流道的一体成型氧化铝构件，其内部包含了连续封闭的管道结构。

如采用传统加工技术制造该零件，须采用模压或注浆工艺，难以实现封闭管道成型。而如使用机加工技术，须先进行分体加工，再进行粘接，无论是制造的复杂性，还是结构强度和可靠性，都不如3D打印技术。通过测试可发现，3D打印的内流道陶瓷零件，内部通道完整贯通，外部尺寸紧凑、壁厚均匀，烧结后结构保持良好，未出现塌陷和堵塞情况。

图5 是奇遇科技3D打印的氧化铝超表面结构，主要用于通信和雷达技术领域，同样采用3D打印技术+烧结制造完成，不仅能快速制造，极大缩短开发周期，同时在制造灵活性方面具有优势。采用该工艺，可以灵活调整表面微结构的特征，如尺寸、间距和形状。这些细微的结构纹理，同时也是传统加工技术难以实现的。如今，陶瓷3D打印已经从实验室走向工业量产，在航空航天、医疗、半导体和消费品等领域得到广泛应用。