金屬3D打印熱交換器應(yīng)用全景調(diào)研：技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化進程

南極熊導(dǎo)讀：隨著增材制造技術(shù)的飛速發(fā)展，金屬3D打印正在徹底改變熱交換器的設(shè)計和生產(chǎn)方式。傳統(tǒng)熱交換器受限于制造工藝，往往難以實現(xiàn)最優(yōu)化的熱流路徑和輕量化結(jié)構(gòu)，而金屬3D打印技術(shù)通過逐層堆積的方式，可以制造出傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的復(fù)雜內(nèi)部通道和薄壁結(jié)構(gòu)，顯著提升了熱交換效率。

△拓撲優(yōu)化的螺旋形熱交換器設(shè)計。圖片來自 HRL Laboratories 和 Morf3D。

本文系統(tǒng)梳理了全球范圍內(nèi)金屬3D打印熱交換器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、典型企業(yè)案例以及各行業(yè)應(yīng)用情況，特別聚焦于Conflux Technology等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的創(chuàng)新實踐，并展望這一技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。從航空航天到汽車工業(yè)，從能源系統(tǒng)到電子冷卻，金屬3D打印熱交換器正在多個領(lǐng)域引發(fā)革命性變革，為全球節(jié)能減排和高效熱管理提供創(chuàng)新解決方案。

行業(yè)領(lǐng)軍者：Conflux Technology的創(chuàng)新實踐

作為金屬3D打印熱交換器領(lǐng)域的標(biāo)桿企業(yè)，澳大利亞Conflux Technology公司憑借其創(chuàng)新的增材制造技術(shù)和深厚的熱工程專業(yè)知識，已成為這一細分市場的全球領(lǐng)導(dǎo)者。公司由具有一級方程式賽車背景的工程師Michael Fuller創(chuàng)立于2015年，將賽車領(lǐng)域?qū)�極致性能的追求與增材制造的設(shè)計自由度完美結(jié)合，開發(fā)出了一系列突破性的熱交換器產(chǎn)品。南極熊梳理了Conflux Technology近幾年來的應(yīng)用案例或者融資報道，具體包括：

• 2025年5月，Donkervoort將在最新跑車上搭載Conflux的3D打印液—氣冷卻器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2025年5月，ConfluxTechnology英國設(shè)立歐洲中心，十周年之際加速金屬3D打印熱交換器全球布局-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2025年3月，氫動力VTOL Vertiia 將使用 Conflux 的創(chuàng)新3D打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2024年10月，Conflux獲1100萬美元B輪融資，推動3D打印熱交換器技術(shù)革新-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2023年10月，ConfluxTechnology 開始批量生產(chǎn)金屬 3D 打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2023年4月，Conflux為奧格斯堡軌道火箭開發(fā)3D打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2023年3月，Conflux將與通用原子公司繼續(xù)合作，為開發(fā)金屬3D打印換熱器開辟新途徑-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2022年12月，CONFLUX推出3D打印高性能筒式換熱器，支持可維護性和可互換性-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2022年9月，美國防承包商GA-ASI將與Conflux合作，開發(fā)下一代無人機3D打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2022年8月，Conflux正在為航空航天3D打印熱交換器，申請AS9100D質(zhì)量管理體系認證-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2022年6月，ConfluxTechnology：3D打印的增壓器冷卻裝置，核心體積減小15%-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2022年5月，Conflux和GKN Additive合作，在歐洲規(guī)�；�3D打印熱交換器-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
• 2021年10月，3D打印熱交換器，Conflux從AM Ventures獲得4000萬元A輪融資-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺
  

……

由上可見，Conflux經(jīng)過近十年的技術(shù)積累，其3D打印熱交換器產(chǎn)品現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、國防、能源和微電子等多個高要求領(lǐng)域。Conflux的核心競爭力在于自主研發(fā)的Conflux生產(chǎn)系統(tǒng)(CPS)，這一系統(tǒng)融合了先進的金屬3D打印工藝與熱流體工程設(shè)計能力。與傳統(tǒng)制造方法相比，Conflux的3D打印熱交換器具有三大顯著優(yōu)勢：更薄的壁厚實現(xiàn)更高熱交換效率，復(fù)雜的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化流體路徑，以及整體式設(shè)計消除傳統(tǒng)多部件組裝帶來的可靠性問題。這些特性使得Conflux產(chǎn)品在相同體積下能提供更大的熱交換表面積，同時顯著降低壓降和重量。

TEMISTh：航空航天與能源領(lǐng)域的精密熱管理專家

法國公司TEMISTh專注于為航空航天、國防和能源行業(yè)提供高性能熱交換解決方案，近年來通過與金屬3D打印設(shè)備制造商的戰(zhàn)略合作，在復(fù)雜熱交換器制造領(lǐng)域取得了顯著突破（TEMISTh攜手易加三維，應(yīng)用EP-M300優(yōu)化DESOLINATION熱交換器制造-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺）。2025年5月，TEMISTh宣布與中國金屬3D打印機制造商易加三維(Eplus3D)達成合作，將EP-M300金屬增材制造系統(tǒng)整合進其生產(chǎn)流程，顯著提升了熱交換器的生產(chǎn)效率及性能。

△TEMISTh使用中國易加三維EP-M300打印的熱交換器

TEMISTh將這一技術(shù)應(yīng)用于其"DESOLINATION"項目，該項目旨在將聚光太陽能(CSP)與先進熱交換系統(tǒng)結(jié)合，提升海水淡化工藝效率。項目要求處理超臨界CO₂與高濃度鹽溶液之間的熱傳遞，對內(nèi)部通道的幾何結(jié)構(gòu)要求極高。TEMISTh利用EP-M300打印設(shè)備制造了IN718鎳基合金熱交換器芯體，僅用130小時便完成了整個制造流程。在航空航天應(yīng)用方面，TEMISTh與AddUp和Sogeclair合作開發(fā)了Inconel 718材料熱交換器，確保薄壁(<0.5mm)無泄漏和薄翅片(0.15mm)的高精度制造。通過CFD(計算流體力學(xué))迭代和機械仿真，結(jié)合AddUp Manager軟件確保3D打印制造過程的可行性，TEMISTh成功開發(fā)出滿足航空航天嚴(yán)苛要求的熱交換器產(chǎn)品。

Oqton 3DXpert：優(yōu)化3D打印熱交換器設(shè)計流程的軟件先鋒

在金屬3D打印熱交換器生態(tài)系統(tǒng)中，軟件解決方案提供商Oqton 3DXpert開發(fā)的先進3D打印工藝軟件大幅提升了熱交換器設(shè)計生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)熱交換器設(shè)計受限于制造工藝，往往需要在性能與可制造性之間做出妥協(xié)，而Oqton 3DXpert提供的數(shù)字化工具鏈?zhǔn)构こ處熌軌蛲黄七@些限制，充分釋放增材制造的設(shè)計自由度。（3D打印工藝重塑千億熱交換器市場，Oqton3DXpert如何大幅提升設(shè)計生產(chǎn)效率？-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺）

Oqton 3DXpert軟件平臺集成了從設(shè)計優(yōu)化到打印準(zhǔn)備的全流程功能，特別針對熱交換器的特殊需求進行了優(yōu)化。軟件支持復(fù)雜內(nèi)部通道的自動生成和優(yōu)化，可以根據(jù)熱流模擬結(jié)果動態(tài)調(diào)整通道形狀、尺寸和分布，實現(xiàn)最佳的熱傳遞效率。同時，其智能支撐生成算法能夠確保薄壁結(jié)構(gòu)在打印過程中的穩(wěn)定性，減少變形風(fēng)險。軟件的另一大優(yōu)勢是多物理場仿真能力，可以在設(shè)計階段預(yù)測熱交換器在實際工作條件下的性能表現(xiàn)，包括流體流動、熱傳遞和結(jié)構(gòu)強度等方面。這種"數(shù)字孿生"方法顯著減少了物理原型制作和測試的周期與成本，使熱交換器開發(fā)效率提升數(shù)倍。Oqton 3DXpert已被多家領(lǐng)先的熱交換器制造商采用，成為連接創(chuàng)新設(shè)計與可靠制造的關(guān)鍵橋梁。

Additive Analytics： 3D 打印電子產(chǎn)品散熱器的推動者

伍爾弗漢普頓大學(xué)衍生公司Additive Analytics則專注于電子冷卻領(lǐng)域的熱管理解決方案創(chuàng)新。與散熱器的幾何形狀類似，嵌入式電子散熱器組件對于管理電子設(shè)備和 CPU 中的散熱至關(guān)重要。Additive Analytics與材料技術(shù)公司 Diamond Hard Surfaces使用 3D 打印技術(shù)制造具有復(fù)雜幾何形狀和增強材料特性的散熱器。

通過采用這種方法，可以開發(fā)散熱器，以最大限度地提高表面積與體積比，從而提高熱交換效率。其產(chǎn)品采用高導(dǎo)熱金屬材料，如銅合金，利用增材制造實現(xiàn)的復(fù)雜微通道結(jié)構(gòu)，將熱量快速從熱點傳導(dǎo)至更大散熱表面。這種方案特別適用于人工智能芯片、功率電子等發(fā)熱量大的應(yīng)用場景。

△伍爾弗漢普頓大學(xué)制作的 3D 打印多材料銅部件

集棧科技：數(shù)字工程賦能商業(yè)航天/液冷設(shè)計

中國公司集棧(JiZhan)通過計算工程技術(shù)為金屬3D打印熱交換器帶來數(shù)字革命：計算工程技術(shù)為金屬3D打印商業(yè)航天/液冷帶來數(shù)字革命，集棧創(chuàng)始人專訪-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺。集棧創(chuàng)始人強調(diào)，數(shù)字孿生和智能算法是其核心技術(shù)優(yōu)勢，能夠大幅縮短熱交換器開發(fā)周期并優(yōu)化性能。公司開發(fā)的專用軟件平臺集成了拓撲優(yōu)化、流體仿真和結(jié)構(gòu)分析工具，可以自動生成針對特定應(yīng)用場景的最優(yōu)熱交換器設(shè)計。這種方法特別適合商業(yè)航天和液冷系統(tǒng)等對重量和效率極為敏感的領(lǐng)域。

Sintavia：數(shù)字工程與大型化制造的探索者

美國Sintavia則在大型鎳基超合金熱交換器制造方面取得突破，所使用的材料是船用鎳超合金，整個組件的外部尺寸約400 x 400 x 1000毫米。該公司利用兩臺大尺寸AMCM M4K-4金屬3D打印設(shè)備，打印耗時12天。生產(chǎn)的熱交換器可以實現(xiàn)高達2倍的散熱效率、壓降降低3倍，生產(chǎn)效率提高4倍以上。Sintavia特別注重材料微觀結(jié)構(gòu)的控制和后處理工藝的優(yōu)化，確保產(chǎn)品在極端環(huán)境下的長期可靠性。其技術(shù)已應(yīng)用于航空航天和能源領(lǐng)域的高性能熱管理系統(tǒng)。（Sintavia金屬3D打印大型鎳超合金熱交換器，散熱效率提高2倍-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺）

△Sintavia 3D打印大型金屬熱交換器。圖片來自Sintavia

GE Additive：高溫應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的引領(lǐng)者

GE Additive作為工業(yè)級增材制造的全球領(lǐng)導(dǎo)者，在3D打印熱交換器的高溫應(yīng)用和規(guī)�；�生產(chǎn)方面處于行業(yè)前沿。GE開發(fā)的3D打印熱交換器在900℃極端環(huán)境下成功通過測試，展示了其在最嚴(yán)苛工況下的可靠性能。（GE3D 打印熱交換器在 900℃下測試-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺）

△在比傳統(tǒng)設(shè)備高近 400°F 的溫度下成功測試的次級 3D 打印換熱器原型

GE的獨特優(yōu)勢在于其全產(chǎn)業(yè)鏈整合能力，從粉末材料、打印設(shè)備到后處理工藝形成完整閉環(huán)。這種垂直整合模式使其能夠嚴(yán)格控制熱交換器制造的全過程質(zhì)量，確保產(chǎn)品的一致性和可靠性。同時，GE將航空領(lǐng)域的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)引入熱交換器生產(chǎn)，包括無損檢測、壓力測試和長期耐久性驗證等，大大提升了3D打印熱交換器在關(guān)鍵領(lǐng)域的接受度。

技術(shù)挑戰(zhàn)與未來發(fā)展趨勢

盡管金屬3D打印熱交換器已取得顯著進展，該技術(shù)仍面臨多項挑戰(zhàn)需要克服。薄壁結(jié)構(gòu)的打印精度和一致性控制是當(dāng)前的主要技術(shù)難點，特別是對于壁厚小于0.2mm的高縱橫比翅片結(jié)構(gòu)。材料方面，高導(dǎo)熱金屬如純銅的打印仍存在工藝難度，銅對激光的高反射率導(dǎo)致能量耦合效率低，易產(chǎn)生未熔合缺陷。此外，后處理工藝的優(yōu)化也至關(guān)重要，包括支撐去除、表面處理和密封檢測等環(huán)節(jié)，這些都直接影響最終產(chǎn)品的性能和可靠性16。

從產(chǎn)業(yè)化角度看，生產(chǎn)成本和制造效率仍是限制3D打印熱交換器更廣泛應(yīng)用的主要因素。雖然增材制造省去了傳統(tǒng)熱交換器所需的模具和組裝工序，但單件打印時間較長，設(shè)備投資高昂。認證體系方面，航空航天和能源等行業(yè)對熱交換器有嚴(yán)格的資質(zhì)要求，建立完整的認證標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量控制體系需要大量時間和資源投入。

南極熊判斷，未來金屬3D打印熱交換器的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)幾個明確方向：

• 多激光大尺寸設(shè)備的普及將提高生產(chǎn)效率，如易加三維EP-M2050系統(tǒng)配備36個激光器，可實現(xiàn)超兩米級部件的快速打印
• 銅及銅合金打印技術(shù)的突破，如易加三維開發(fā)的紅光激光技術(shù)解決了銅材料高反射率問題，實現(xiàn)高質(zhì)量米級銅部件打印
• 數(shù)字孿生技術(shù)的深入應(yīng)用，通過仿真驅(qū)動設(shè)計優(yōu)化和工藝控制，減少試錯成本
• 混合制造技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合3D打印與傳統(tǒng)加工的優(yōu)勢，平衡性能與成本
• 新材料開發(fā)，針對不同應(yīng)用場景優(yōu)化合金成分，如高溫合金、高導(dǎo)熱銅合金等
  

根據(jù)南極熊的市場觀察，熱交換器市場正在快速增長，預(yù)計到2026年將增長到約300億美元。隨著這些技術(shù)進步，3D打印熱交換器有望從當(dāng)前的高端應(yīng)用逐步滲透到更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，在設(shè)計自由度和性能提升方面持續(xù)引領(lǐng)行業(yè)創(chuàng)新，為全球節(jié)能減排做出重要貢獻。