換熱器做為提升發(fā)動機熱管理水平的關鍵部件，緊湊高效的結(jié)構(gòu)設計可以大大提升換熱性能，基于增材制造技術所帶來的自由度，使得復雜精細的三周期極小曲面TPMS胞元填充的換熱器設計成為可能。本案例基于新一代面向增材制造的設計平臺技術、CAE仿真技術、工藝仿真技術、工業(yè)CT掃描技術等，開展了面向增材制造的新型換熱器的快速研發(fā)驗證。

新型換熱器采用力學性能優(yōu)異、比表面積大、質(zhì)量輕、具有天然的冷熱雙通道等優(yōu)勢的三周期極小曲面TPMS胞元填充，雖然結(jié)構(gòu)緊湊度大大提高，換熱性能提升，實現(xiàn)輕質(zhì)高效，但給設計、仿真、制造、檢測等環(huán)節(jié)均帶來巨大挑戰(zhàn)。復雜的TPMS單元空間周期排布設計，要求具備合適的設計工具，同時流體、結(jié)構(gòu)仿真驗證方法既要保證一定精度，又要快速驗證；此外薄壁、高度空間周期排布的TPMS單元增材成形質(zhì)量控制，以及尺寸、缺陷檢測等都存在技術挑戰(zhàn)。

面向增材制造的新型換熱器設計，解決方案如下：

1.采用新一代基于隱式建模技術的增材設計平臺，進行TPMS胞元填充設計，大大提升設計效率；

2.基于CAE仿真平臺，實現(xiàn)TPMS胞元填充換熱器的快速流體、結(jié)構(gòu)驗證；

3.采用增材工藝仿真技術，提前預測換熱器成形質(zhì)量，優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)、工藝方案，保證成形質(zhì)量；

4.基于工業(yè)CT掃描技術，進行斷層掃描，分析缺陷；

5.采用三維數(shù)據(jù)重建技術，實現(xiàn)打印模型的快速重建，并進行仿真驗證，迭代優(yōu)化。

相比傳統(tǒng)換熱器，新型換熱器體積減少85%，重量降低81%，總體熱傳導效率提升1.8倍，TPMS胞元熱傳導效率提升11.7倍，冷卻測壓降增加16%，燃氣測降低9.1倍，胞元換熱面積增加146%；新型換熱器采用高強度鋁合金增材制造，材料力學性能優(yōu)異，制造周期縮短。