季华实验室增材制造「3D打印技术只是增材制造的一种」

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导读：增材制造设计（Design for Additive Manufacturing，DfAM，简称增材设计），是应用于增材制造工艺的可制造性设计，可实现对增材制造过程中的零件、组件甚至系统进行重新设计，已经成为基于增材思维的先进设计与智能制造的全新设计范式。

近日，季华实验室增材制造团队借助金属增材制造3D打印技术，通过参数设计与CFD仿真模拟，在传统航空燃油滑油热交换器（FCOC）的基础上，实现了换热结构的优化；使得新型FCOC换热器的换热效率提高了80%，压力损失降低了52%，并最终通过SLM工艺实现了两种新设计方案的铝合金打印测试。

美国nTopology公司设计的新型FCOC热交换器

在航空领域，飞机机翼中冷却的燃油，将可能产生结晶从而阻塞系统。通过燃油滑油热交换器（FCOC）在机油和燃料之间传递热能，将能够使得机油温度下降到足以润滑和冷却系统的温度，同时提高燃油侧的温度，防止燃油产生结晶。因此，FCOC是提升航空发动机性能的关键零部件之一。经过大量的研究和成功的试验之后，这种复杂结构的新型热交换器已在电子，航空航天，汽车等行业中得到了应用。但是此类热交换器的制造难度却超出了传统制造技术的范畴。

随着增材制造技术的成熟和智能制造的快速发展，传统工艺的限制被极大突破，使具有复杂换热结构的新型换热器研发进入了新的阶段。季华实验室增材制造团队凭借在航空金属增材制造方面积累的经验，结合参数优化与计算机仿真模拟，尝试实现了基于增材思维的设计方案。项目前期团队成员进行了大量的创新方案设计，利用增材制造背景的优势，使得设计方案中的关键参数进行多维度相互耦合；将提升换热系数和降低压力损失作为优化目标，通过大量的计算得到了一定范围内的参数最优解。

季华增材制造团队新型航空热交换器设计流程

在打印成型阶段，团队借助仿真模拟技术对新型热交换器的成型过程进行了预测，提前对可能发生成型缺陷的位置进行了优化调整，大大提高了产品的打印成功率，缩短了项目研发周期，为后续的测试节省了宝贵时间。

换热器性能CFD仿真结果

新型换热器内部换热结构设计

最终，该项目团队在成功完成了两种新型航空滑燃油热交换器的设计、优化和打印成型的研发工作，验证了金属3D打印技术在航空航天热交换器领域的巨大作用和潜力。

实际铝合金SLM工艺打印成型效果（剖面）

新型航空滑燃油热交换器的研发对于航空航天发动机的研制和飞行器整体性能的提升具有重要意义。作为广东省先进制造实验室，增材制造技术是季华人在科学海洋的探索与航行中不可或缺的关键环节。相信未来随着高性能材料和高端3D打印装备的进步，增材制造技术会被越来越多行业广泛采用，成为中国实现智能制造2025目标的重要助力。

责任编辑：科普中国

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