歐盟資助項(xiàng)目AHEAD開發(fā)出更加高效智能的熱管理3D打印管段

2025年2月5日，南極熊獲悉，由歐盟資助的AHEAD項(xiàng)目（先進(jìn)熱交換設(shè)備）已成功開發(fā)出一種創(chuàng)新的3D打印管段，該管段能夠加熱機(jī)械泵送回路（MPL）中的液體并實(shí)時監(jiān)測溫度。這一突破性的技術(shù)由瑞士技術(shù)創(chuàng)新中心CSEM、LISI Aerospace Additive Manufacturing以及法國泰雷茲阿萊尼亞宇航公司共同研發(fā)，預(yù)示著熱控制系統(tǒng)向更輕巧、更高效、更智能的方向邁出了一大步。

△3D打印管段結(jié)合了加熱和傳感器

目前使用的大多數(shù)熱控制系統(tǒng)都很笨重、龐大，需要很多連接電纜。3D打印管段的創(chuàng)新之處在于它獨(dú)特的設(shè)計(jì)構(gòu)想，它將加熱元件和溫度傳感器集成于一體。這種設(shè)計(jì)不僅簡化了熱控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，還減少了所需的連接電纜數(shù)量，大大提升了系統(tǒng)的可靠性與維護(hù)的便捷性。這一突破有望在衛(wèi)星技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響，特別是在避免衛(wèi)星在陽光直射下過熱或在寒冷環(huán)境中結(jié)冰方面。

在衛(wèi)星領(lǐng)域之外，這種3D打印管段同樣適用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用和工業(yè)4.0，為各種工業(yè)過程提供先進(jìn)的加熱和監(jiān)控解決方案。通過精確控制溫度，這些系統(tǒng)可以顯著提高熱管理過程的效率和可靠性，進(jìn)而提高整個工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的性能。

△3D打印管段部件重115克，長150毫米，可在-65°C至+85°C 的溫度范圍內(nèi)以及高達(dá)48 bars的壓力下運(yùn)行

3D打印管段在熱管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

但是3D打印管段是如何生產(chǎn)的，又是如何用于機(jī)械泵送回路的呢？原因是機(jī)械泵送回路循環(huán)氨等流體，將熱量從熱區(qū)輸送到冷區(qū)。因此，3D打印管段被設(shè)計(jì)用于加熱冷卻劑并測量溫度，以控制熱調(diào)節(jié)。

這些管段由316L不銹鋼制成，采用激光粉末床熔合技術(shù)生產(chǎn)。與傳統(tǒng)方法相比，3D打印簡化了制造流程，減少了組件粘合或連接的需要，并且無需復(fù)雜的接線過程，從而降低了安裝風(fēng)險。CSEM的項(xiàng)目經(jīng)理Hervé Saudan指出，加熱絲的最佳布局確保了均勻的熱傳遞，并消除了分層或電纜分離等潛在錯誤。

△采用3D打印激光粉末床熔合技術(shù)制造的管段和集成的熱管理系統(tǒng)示意

盡管如此，3D打印過程也面臨多項(xiàng)技術(shù)難題，例如需要保持長電線與管結(jié)構(gòu)之間的電絕緣性。為此，開發(fā)了一種犧牲橋設(shè)計(jì)，它既保證了電絕緣，又可以在固化后輕松移除。

激光粉末床熔合技術(shù)的精確度要求極高，因?yàn)樗�必須精確控制結(jié)構(gòu)與導(dǎo)線之間的間隙大小。間隙過小會導(dǎo)致材料過度熔合，而間隙過大則會影響熱量從導(dǎo)線向管內(nèi)傳遞。目前，這種設(shè)計(jì)和制造工藝已經(jīng)獲得了專利保護(hù)。

對于未來的太空應(yīng)用，這些管段的結(jié)構(gòu)可以使用鋁材進(jìn)一步減輕重量，或者采用其它材料，如玻璃陶瓷作為絕緣材料，或使用樹脂。集成電纜的優(yōu)勢使得3D打印管段為加熱領(lǐng)域的新應(yīng)用開辟了道路。Hervé Saudan表示，目前正在進(jìn)行多個項(xiàng)目，但它們?nèi)蕴幱诒Ｃ軤顟B(tài)。