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GE 3D打印熱交換器在900°C下測試

魔猴君行業資訊 1369天前

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美國企業集團GE的研發部門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的次規模熱調節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，"在現有和下一代發電廠和噴氣發動機平臺上實現更清潔、更有效的發電"。

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、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

作為一家跨國企業集團的研發部門，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）一起開發了一臺商業級金屬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了一種優化的熱調節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。

"從調節你在飛機上呼吸的空氣到保持你的汽車發動機、計算機和其他電子產品的冷卻，熱交換器發揮著重要的功能，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模發電和噴氣推進系統至關重要。"

優化熱交換器設計

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，用于開發一種用于發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。