欧盟资助项目AHEAD开发出更加高效智能的热管理3D打印管段

2025年2月5日，南极熊获悉，由欧盟资助的AHEAD项目（先进热交换设备）已成功开发出一种创新的3D打印管段，该管段能够加热机械泵送回路（MPL）中的液体并实时监测温度。这一突破性的技术由瑞士技术创新中心CSEM、LISI Aerospace Additive Manufacturing以及法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司共同研发，预示着热控制系统向更轻巧、更高效、更智能的方向迈出了一大步。

△3D打印管段结合了加热和传感器

目前使用的大多数热控制系统都很笨重、庞大，需要很多连接电缆。3D打印管段的创新之处在于它独特的设计构想，它将加热元件和温度传感器集成于一体。这种设计不仅简化了热控制系统的复杂性，还减少了所需的连接电缆数量，大大提升了系统的可靠性与维护的便捷性。这一突破有望在卫星技术领域产生巨大影响，特别是在避免卫星在阳光直射下过热或在寒冷环境中结冰方面。

在卫星领域之外，这种3D打印管段同样适用于物联网（IoT）应用和工业4.0，为各种工业过程提供先进的加热和监控解决方案。通过精确控制温度，这些系统可以显著提高热管理过程的效率和可靠性，进而提高整个工业生态系统的性能。

△3D打印管段部件重115克，长150毫米，可在-65°C至+85°C 的温度范围内以及高达48 bars的压力下运行

3D打印管段在热管理系统中的应用

但是3D打印管段是如何生产的，又是如何用于机械泵送回路的呢？原因是机械泵送回路循环氨等流体，将热量从热区输送到冷区。因此，3D打印管段被设计用于加热冷却剂并测量温度，以控制热调节。

这些管段由316L不锈钢制成，采用激光粉末床熔合技术生产。与传统方法相比，3D打印简化了制造流程，减少了组件粘合或连接的需要，并且无需复杂的接线过程，从而降低了安装风险。CSEM的项目经理Hervé Saudan指出，加热丝的最佳布局确保了均匀的热传递，并消除了分层或电缆分离等潜在错误。

△采用3D打印激光粉末床熔合技术制造的管段和集成的热管理系统示意

尽管如此，3D打印过程也面临多项技术难题，例如需要保持长电线与管结构之间的电绝缘性。为此，开发了一种牺牲桥设计，它既保证了电绝缘，又可以在固化后轻松移除。

激光粉末床熔合技术的精确度要求极高，因为它必须精确控制结构与导线之间的间隙大小。间隙过小会导致材料过度熔合，而间隙过大则会影响热量从导线向管内传递。目前，这种设计和制造工艺已经获得了专利保护。

对于未来的太空应用，这些管段的结构可以使用铝材进一步减轻重量，或者采用其它材料，如玻璃陶瓷作为绝缘材料，或使用树脂。集成电缆的优势使得3D打印管段为加热领域的新应用开辟了道路。Hervé Saudan表示，目前正在进行多个项目，但它们仍处于保密状态。