GE 3D 打印熱交換器在 900℃下測試

來源：中關村在線

美國企業(yè)集團 GE 的研發(fā)部門 GE Research 已經成功地在高達 900 ° C 的溫度下測試了一種新型 3D 打印熱交換器原型。

與馬里蘭大學和橡樹嶺國家實驗室（ORNL）一起設計的 GE Research 的次規(guī)模熱調節(jié)裝置具有獨特的葡萄狀幾何形狀，使其具有極端的耐熱和耐壓性能。

現在已經通過了初步試驗，其溫度超過了目前最先進的設備的能力，超過了 200 ° C，通用電氣研究公司表示，其原型可以在能源部門找到應用，" 在現有和下一代發(fā)電廠和噴氣發(fā)動機平臺上實現更清潔、更有效的發(fā)電 "。

據通用電氣研究院的首席工程師 Lana Osusky 說，增材制造在項目的早期成功中發(fā)揮了重要作用。" 她說："3D 打印工藝和設計工具所提供的設計自由度使我們能夠更迅速地開發(fā)、建造和測試新的熱交換器設計，這在以前是不可能的。

" 我們可能不想吃這些葡萄，但當我們完成這個關鍵的里程碑時，我們還是嘗到了勝利的滋味 "。

通用電氣研究院和 3D 打印

作為一家跨國企業(yè)集團的研發(fā)部門，通用電氣研究院從事的項目范圍很廣，從先進的機器人到生物制品，但它也有一個強大的 3D 打印團隊，專注于開發(fā)材料、機械工藝和光學技術，以提高該技術的潛力，特別是在國防應用中。

在其之前的身份 -- 通用電氣全球研究部下，該業(yè)務得到了 America Makes 的支持，與勞倫斯 - 利弗莫爾國家實驗室（LLNL）一起開發(fā)了一臺商業(yè)級金屬 3D 打印機。該項目緊隨通用電氣研究公司的美國海軍合同之后，該公司獲得了 900 萬美元的資金，用于開發(fā)一種數字配對海軍零件的方法，以加速關鍵任務設備的生產。

最近，GE 研究院的 Forge 實驗室設計了一個安全的 3D 打印區(qū)塊鏈網絡，能夠以保護數據免受網絡攻擊的方式進行加密，并從國防高級研究計劃局獲得了進一步的軍事資助，以增材制造一個 " 憑空產生水 " 的系統。

鑒于通用電氣在航空航天領域有著悠久的歷史，而且其通用電氣航空部門已經主動采用了 3D 打印技術，因此其通用電氣研究部門現在開發(fā)了一種優(yōu)化的熱調節(jié)裝置也就不足為奇了，它說這種裝置可以在飛行中 " 打破效率障礙 " 并 " 減少碳排放 "。

△通用電氣研究部的 3D 打印次規(guī)模熱交換器原型，圖片來自通用電氣研究院

達到一個熱能的里程碑

自 2019 年初以來，GE 研究院一直在通過 ARPA-E 的 " 通過材料和制造工藝的高強度熱交換 " 或 "HITEMMP " 計劃開發(fā)其新型熱交換器。原則上，這個價值 310 萬美元的項目旨在產生一種緊湊的耐溫耐壓熱交換器，能夠以更高的效率運行電力渦輪機和噴氣發(fā)動機。

在該項目中，由 Osusky 領導的一個跨學科專家團隊利用 GE 研究院設計的鎳超合金，創(chuàng)造了他們稱之為 "UPHEAT " 的熱交換器。通過大量的模擬、原型設計和測試，科學家們的 3D 打印設備具有薄壁單元的集合，松散地類似于葡萄。

與著名的腐蝕科學專家 ORNL 合作，GE Research 現在已經測試了其溫度調節(jié)裝置的熱阻，它不僅達到了項目的最初目標 900 ° C，而且實現了接近一半的目標壓力 3626 磅 / 平方英寸，該團隊打算在 2022 年第一季度之前交付一個完全符合要求的示范原型。

" 從調節(jié)你在飛機上呼吸的空氣到保持你的汽車發(fā)動機、計算機和其他電子產品的冷卻，熱交換器發(fā)揮著重要的功能，在我們的日常生活中無處不在，" 通用電氣在其發(fā)布的新聞稿中總結道。" 對 GE 來說，這些設備對于以最清潔、最有效的方式為世界提供大規(guī)模發(fā)電和噴氣推進系統至關重要。"

優(yōu)化熱交換器設計

在過去的三年里，3D 打印所釋放的設計靈活性已經越來越多地看到該技術被用來開發(fā)具有獨特幾何形狀和熱阻質量的熱交換器。例如，2021 年 2 月，3D Systems 公司與美國陸軍簽訂合同，幫助生產 3D 打印拓撲優(yōu)化的熱交換器。

早在 2019 年 5 月，ARPA-E 還授予密歇根州立大學 230 萬美元，用于開發(fā)一種用于發(fā)電應用的新型添加劑制造的熱交換器。使用適合 LPBF 的合金，該團隊正在努力創(chuàng)建一個可擴展的、緊湊的熱設備，該設備具有很強的抗腐蝕性和高溫性。

與此同時，固態(tài)金屬 3D 打印專家 Fabrisonic 公司一直與美國宇航局的噴氣推進實驗室（JPL）合作，3D 打印可用于太空的熱交換器。本月早些時候，該公司能夠幫助設計一個新的單件零件，消除了幾十個在長期任務中可能出現故障的小部件和接頭。