3D打印工艺重塑千亿热交换器市场，Oqton 3DXpert如何大幅提升设计生产效率？

导读：热交换器是用来交换热量的部件，广泛应用于汽车、航空航天、化工、发电厂、家用空调和电子设备等各个行业。 当有些设备工作时，会产生大量的热量，而这些多余的热量如若不能快速散去就会聚积起来产生高温，会对正在工作中的设备造成损坏，热交换器便在此时起到保持能量和热量的平衡的作用。

如华经产业研究院发布数据显示，近年来全球热交换器市场规模稳步增长，其中中国热交换器行业由2015年的771亿元提升至2020年的1318亿元，且未来仍保持发展趋势。在普适的应用情景和广阔的市场需求背景下，对于热交换器的制造技术衍生出了更高的要求。传统制造方式下，无法完美呈现热交换器的部分复杂设计或精细构造，用于焊接工艺的材料无可避免的会增加部件重量，且耗时漫长。在种种局限下，3D打印融合增材制造工艺为重塑热交换器带来了新的可能性。对此，位于美国的制造商ADDMAN深有体会。

Oqton 3DXpert助力ADDMAN生产制造
ADDMAN 是一家总部位于美国的增材制造解决方案供应商，专攻增材制造、精密加工和冶金，致力于让客户将零件从概念转化为生产，为设计、制造、后处理和质量检验提供所有必需的工具。ADDMAN 公司在印第安纳波利斯的工厂为各行业生产精密零部件，其中绝大部分业务来自航空航天业，特别是热交换器和中间冷却器这类使用镍合金等高温金属且具有内部通道结构的零件。

在最初尝试制造热交换器的过程中，ADDMAN 公司的首席增材制造工程师David Buschemeyer 试图将 STL 文件导入相关增材制造项目的软件时，发现原来的系统难以处理如此高精度的设计。“我们要打印的很多零件对细节特征有高标准要求，所以最终生成的 STL 文件非常大，以至于没法把这个文件加载到我们之前使用的软件中。但要是我们把 STL 做得不那么精确来压缩到可导入的大小，就会丢失太多零件上的细节 ” David Buschemeyer这样说道。

为了免去加载 STL 文件的环节，他使用了 Oqton的增材制造软件3DXpert。 “在3DXpert的帮助下，我们可以直接使用实体模型，不需要转换为STL文件，这省去了10% 的前期时间。”Buschemeyer 说，“我们最近在一个热交换器内部进行了一些Gyroid曲面结构设计，这在以前是无法有效完成的。”

时间成本的大幅节约还体现在切片过程中，工程师不需要再重新构建整个底板，只需要复制切片，在底板上快速移动零件，通常在一块底板上就能摆放30 个零件，单个零件切片所需的时间已经从四到五个小时减少到 30 分钟。

改用 3DXpert 后，我们有了更多可支配时间，因此可以承接的项目就更多了，能够投入工程的时间也就更多了。我们已经全面实现了 20% 的效率提升，在较大的零件或大批量构建中表现最为明显。
——Buschemeyer

历史记录是另一项 Buschemeyer 高度重视的功能：“3DXpert 还有一个重要优势，如果客户要求对零件进行修改，我们不必从头开始重做所有的工作，而是可以只针对特定项进行修改。我们可以导入客户的新文件，同时保留大部分已完成的工作，无需重新生成所有支撑件。”

增材制造过程中，工程师经常需要在客户的设计模型基础上额外设计加工余量。增材制造组件的表面通常很粗糙，必须通过数控铣削 (CNC) 打磨平整，需要在制作时加入加工余量以补偿表层损耗。为此，制造商往往需要额外编辑客户的 CAD 设计文件。由于3DXpert 具备混合建模功能，制造商可以自己编辑 CAD 文件，最后将其进行打印编程。

除此之外，借助 B-rep 数据和 CAD 功能，带孔零部件的制造管理也变得更加快捷。要想在增材制造生成的零件上开孔，制造商首先要从原始设计文件中删除该孔，并在后处理中进行钻孔。大多数3D打印软件使用网格文件（如STL），如果不能直接编辑 CAD 文件，工程师们在这方面花费的时间往往更多。Buschemeyer 很喜欢 3DXpert 在实体模型中即可闭合孔洞的功能。

手把手教你创建热交换器
为ADDMAN公司创造极大价值的3DXpert具体是如何实现热交换器的设计制造呢？

第一步：导入模型
首先，打开最新版3DXpert 22，导入一个热交换器设计模型。您也可以在3DXpert中从零开始创建。3DXpert在部件创建模式下，提供了丰富的基于B-rep的模型设计功能，符合CAD设计习惯，可进行快速创建与编辑。

第二步：添加内部热交换结构
模型设计时已将内外部分进行了单独创建，因而可轻松选取内部结构，并对其设置为 Gyriod单元。

在3DXpert中，有两种方式可以创建这种单元结构。一个是选择“隐式建模-创建隐式对象”，并选中内部结构。另一种是在“晶格”中添加“基于功能”在的晶胞结构。在几何界面的模板下的Gyroid单元类型，单元尺寸设置为7mm*7mm*12mm。如果需要设置为渐变的结构或者更改为自定义晶胞结构，需要采用第一种方式，并通过打开右侧的公式设置界面，进行编写公式。

第三步：添加网状搅浑结构晶格

隐藏Gyriod结构后，选择晶格下的“曲面晶格”并选择需要添加网格的表面。选择网格线类型，并设置合适的参数。（下图中切割面的搅浑结构只是作为展示添加）

第四步：添加外部翅片网格线

采用与内部一样的步骤，并更改合适的参数，为外表面添加网格线。

第五步：成型仿真

在3DXpert中，内嵌了Amphyon的成型仿真算法，用户可在同一界面内使用Amphyon独特的网格划分方法和求解器，对设计后的零件进行仿真。根据零件形状和材料特性，创建支撑。随后对其进行“建模模拟分析”，采用推荐尺寸大小进行网格划分。



第六步：扫描策略规划

为不同类型的部分设置不同的属性，并配置各自专属的扫描策略。如需针对某个区域设额外的扫描方式，可以使用虚拟部件的方式，将此部分提取出来并设置相应策略。

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热交换器是当前正在火热开发的一个市场