애플리케이션 스포트라이트:열교환기를 위한 3D 프린팅

[이미지 제공:Conflux Technology]

3D 프린팅을 위한 산업용 애플리케이션의 범위가 비약적으로 증가하고 있습니다.

그러나 이러한 성장에도 불구하고 3D 프린팅의 진정한 기능에 대한 이해에는 여전히 많은 격차가 있습니다. 이 사실을 뒷받침하는 AMFG의 최신 3D 인쇄 산업 설문 조사 2019 보고서는 3D 인쇄에 대한 지식 부족이 오늘날 3D 인쇄 서비스 제공업체의 가장 큰 과제 중 하나로 남아 있음을 발견했습니다.

오늘날 산업용 애플리케이션에서 3D 프린팅이 어떻게 사용되고 있는지 조명하기 위해 주간 애플리케이션 스포트라이트 시리즈를 출시합니다. 이 시리즈에서는 특정 애플리케이션에 3D 프린팅을 사용하는 방법을 살펴보고 주요 이점과 예를 살펴보겠습니다.

이번 주 시리즈의 시작은 열교환기용 3D 프린팅입니다. 이 기술은 열교환기 설계를 최적화하려는 제조업체에게 여러 가지 이점을 제공합니다. 그 중에는 더 가벼운 무게, 더 작은 크기 및 우수한 성능이 있습니다.

그러나 이점을 더 자세히 살펴보기 전에 먼저 열교환기가 무엇인지, 그리고 이 응용 프로그램이 3D 프린팅에 적합한 이유를 먼저 살펴보겠습니다.

이 시리즈에서 다루는 다른 애플리케이션을 살펴보세요.

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열교환기란 무엇입니까?

열교환기는 온도 조절에 사용되는 것으로 산업 설비의 가장 중요한 부품 중 하나입니다. 열교환기는 요소를 가열하거나 냉각하는 주요 목적으로 한 유체의 열이 다른 유체로 전달되도록 합니다.

산업 부문 내에서 냉각 기능은 장비 과열을 방지하기 위해 더 자주 사용됩니다. .

열 교환기는 응용 분야가 매우 광범위합니다. 자동차, 선박 및 비행기의 엔진은 모두 열교환기를 사용하여 보다 효율적으로 작동합니다. 냉장고와 같은 공조 및 냉각 시스템의 구성 요소에도 열교환기가 필요합니다.

적용의 다양성으로 인해 열교환기의 설계는 크게 다를 수 있습니다. 기존에 제작된 열교환기의 대부분은 코일 또는 플레이트 디자인을 특징으로 합니다.

가장 단순한 형태의 코일 열교환기는 하나 이상의 코일형 튜브를 사용하여 두 개의 유체를 분리합니다. 하나는 튜브 내부로 흐르고 다른 하나는 외부로 흘러갑니다.

판형 열교환기는 얇은 금속판을 사용하여 두 유체를 분리합니다. 유체는 일반적으로 열 전달을 개선하기 위해 반대 방향으로 흐릅니다.

3D 프린팅이 열교환기에 적합한 이유는 무엇입니까?

기존 기술을 사용하여 열교환기를 생산하는 것은 성형 및 용접과 같은 여러 단계를 필요로 하는 복잡하고 시간 소모적인 작업인 경우가 많습니다.

또한, 계속 증가하는 성능 요구 사항을 개선하기 위해 열교환기를 더 작고 효율적으로 만들려는 요구가 증가하고 있습니다. 그러나 현재 제조 기술의 능력은 종종 이러한 요구를 충족시키기에 비효율적인 것으로 판명됩니다. 결과적으로 제조업체는 설계 복잡성, 비용 및 리드 타임 사이에서 타협해야 하는 경우가 많습니다.

이러한 한계를 극복하고 새로운 열교환기 설계를 가능하게 하기 위해 기업은 3D 프린팅의 기능을 조사하기 시작했습니다.

열 교환기는 3D 프린팅의 이점을 어떻게 누릴 수 있습니까?

더 복잡한 형상을 통한 향상된 성능

3D 프린팅은 복잡한 모양에 생명을 불어넣는 능력으로 유명합니다. 열교환기를 설계할 때 이 이점을 사용하여 구성 요소 내부에 200미크론만큼 얇은 벽과 작고 복잡한 흐름 채널을 만들 수 있습니다.

이는 엔지니어가 내부에 더 큰 열 전달 표면을 가진 열교환기를 설계할 수 있음을 의미합니다. 표면적이 클수록 더 많은 열을 제거할 수 있으므로 열교환기의 성능이 향상됩니다.

무게 및 크기 감소

오늘날 열교환기의 대부분은 직선형, 직사각형 또는 튜브 셸 디자인을 가지고 있습니다. 독특한 모양으로 인해 이러한 열교환기를 장치에 장착하는 것은 어려울 수 있습니다. 반면 3D 프린팅을 사용하면 엔지니어가 기기를 더 가볍고 더 작게 만들 수 있지만 동일하거나 더 나은 성능으로

3D 프린팅으로 가능해진 새로운 모양과 내부 기능은 열교환기의 소형화를 촉진합니다. . 결과적으로 3D 인쇄 열 교환기는 좁은 공간 요구 사항에 맞는 훨씬 더 컴팩트한 모양을 갖습니다.

간단한 생산

전통적으로 열교환기의 생산에는 성형, 납땜 및 용접을 포함한 여러 단계가 포함됩니다. 그러나 이러한 단계는 비용과 시간이 많이 소요됩니다.

3D 프린팅을 사용하여 열교환기를 직접 생산할 때 이러한 모든 작업을 제거할 수 있으므로 생산 공정이 간소화됩니다.

더 나은 품질

또한 한 번의 작업으로 3D 인쇄된 열교환기가 제작되어 누출을 일으킬 수 있는 이음새나 접합부가 없습니다. 보다 간단한 생산으로 인해 공정 변동성이 낮고 전반적인 품질이 훨씬 높을 것으로 예상됩니다.

3D 프린팅 열교환기의 예

항공우주, 모터스포츠 및 에너지 산업은 현재 3D 인쇄 열교환기 개발을 주도하고 있습니다.

Conflux Core:열교환기를 위한 새로운 벤치마크

Conflux Technology는 열 및 유체 부품의 금속 3D 프린팅을 전문으로 하는 호주 회사입니다. 이러한 구성 요소는 자동차, 모터 스포츠 및 항공 우주와 같은 산업에서 사용됩니다.

Conflux는 3D 프린팅을 활용하여 Conflux Core라는 독특한 열교환기 설계를 개발하고 특허를 받았습니다.

3D 프린팅을 사용하면 Conflux Core 구성 요소 내부에 매우 복잡한 형상을 생성하여 표면적을 늘릴 수 있습니다. 이를 통해 열적 열 차단이 3배가 되었습니다. 새로운 디자인은 Formula 1 벤치마크와 비교할 때 22% 더 가볍고 길이는 55mm 더 작은 것으로 나타났습니다.

또한 3D 프린팅은 단 6개월이 소요되는 매우 빠른 개발 프로세스를 가능하게 했습니다.

마지막으로 3D 프린팅의 설계 유연성 덕분에 Conflux 팀은 하위 구성 요소를 단일 부품으로 통합할 수 있었습니다. 단순화된 설계 외에도 통합된 부품은 생산에 필요한 재료도 적어 재료 비용을 잠재적으로 절감할 수 있습니다. Conflux Core를 사용하는 제조업체의 경우 부품 통합으로 조립 시간이 단축되고 접합부와 이음매의 고장 지점이 줄어들 수 있습니다.

GE의 폐에서 영감을 받은 열교환기

GE리서치는 발전설비용으로 작동온도와 열효율을 높인 열교환기를 개발하고 있다. 놀랍게도 이를 달성하기 위해 팀은 인간의 폐에서 영감을 받은 혁신적인 디자인을 생각해 냈습니다.

GE 열교환기는 가스 터빈에서 나오는 뜨거운 공기를 취하는 3분할 채널 네트워크를 특징으로 합니다. 이 네트워크는 반대 방향으로 흐르는 더 차가운 작동 유체로 채워진 다른 채널 네트워크와 얽혀 있습니다. 뜨거운 공기와 차가운 유체는 서로 섞이지 않지만 근접하여 효율적인 열교환이 ​​가능합니다.

이 새로운 종류의 열교환기는 발전소가 871°F(1,650°F)의 온도를 처리하는 데 도움이 될 수 있습니다. 씨). 이는 현재 열교환기보다 450°F(232°C) 이상 높습니다.

팀은 그러한 디자인을 생산할 수 있는 유일한 기술이 3D 프린팅이라는 것을 발견했습니다.

3D 인쇄된 열교환기는 이 기술을 위해 특별히 GE Research에서 개발한 고유한 고온 및 균열 방지 니켈 초합금을 사용하여 제조됩니다.

이 조합 3D 프린팅이 제공하는 설계 자유도와 초합금의 강도는 열교환기 성능의 단계적 변화를 가능하게 하도록 설정됩니다.

고급 기술을 사용하여 고급 요구사항 충족

열교환기는 3D 프린팅을 위한 훌륭한 애플리케이션입니다. 이 기술은 더 작은 모양과 더 높은 성능을 가능하게 하는 상당한 설계 유연성을 제공합니다.

독특한 기능 덕분에 3D 프린팅은 열교환기 제조의 핵심 기술이 될 수 있습니다. 이러한 유연한 기술이 탑재되어 열교환기 제조업체는 새로운 크기 및 성능 요구 사항을 정면으로 충족할 수 있습니다.

다음 기사에서는 베어링용 3D 프린팅에 대해 살펴보겠습니다. . 계속 지켜봐 주세요!