金屬3D打印熱交換器散熱冷卻應用全景調研：技術突破與產業(yè)化進程

南極熊導讀：隨著增材制造技術的飛速發(fā)展，金屬3D打印正在徹底改變熱交換器的設計和生產方式。傳統熱交換器受限于制造工藝，往往難以實現最優(yōu)化的熱流路徑和輕量化結構，而金屬3D打印技術通過逐層堆積的方式，可以制造出傳統方法無法實現的復雜內部通道和薄壁結構，顯著提升了熱交換效率。

△拓撲優(yōu)化的螺旋形熱交換器設計。圖片來自 HRL Laboratories 和 Morf3D。

本文系統梳理了全球范圍內金屬3D打印熱交換器的技術發(fā)展現狀、典型企業(yè)案例以及各行業(yè)應用情況，特別聚焦于Conflux Technology等行業(yè)領軍企業(yè)的創(chuàng)新實踐，并展望這一技術的未來發(fā)展趨勢。從航空航天到汽車工業(yè)，從能源系統到電子冷卻，金屬3D打印熱交換器正在多個領域引發(fā)革命性變革，為全球節(jié)能減排和高效熱管理提供創(chuàng)新解決方案。

行業(yè)領軍者：Conflux Technology的創(chuàng)新實踐

作為金屬3D打印熱交換器領域的標桿企業(yè)，澳大利亞Conflux Technology公司憑借其創(chuàng)新的增材制造技術和深厚的熱工程專業(yè)知識，已成為這一細分市場的全球領導者。公司由具有一級方程式賽車背景的工程師Michael Fuller創(chuàng)立于2015年，將賽車領域對極致性能的追求與增材制造的設計自由度完美結合，開發(fā)出了一系列突破性的熱交換器產品。南極熊梳理了Conflux Technology近幾年來的應用案例或者融資報道，具體包括：

• 2025年5月，Donkervoort將在最新跑車上搭載Conflux的3D打印液—氣冷卻器-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2025年5月，ConfluxTechnology英國設立歐洲中心，十周年之際加速金屬3D打印熱交換器全球布局-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2025年3月，氫動力VTOL Vertiia 將使用 Conflux 的創(chuàng)新3D打印熱交換器-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2024年10月，Conflux獲1100萬美元B輪融資，推動3D打印熱交換器技術革新-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2023年10月，ConfluxTechnology 開始批量生產金屬 3D 打印熱交換器-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2023年4月，Conflux為奧格斯堡軌道火箭開發(fā)3D打印熱交換器-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2023年3月，Conflux將與通用原子公司繼續(xù)合作，為開發(fā)金屬3D打印換熱器開辟新途徑-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2022年12月，CONFLUX推出3D打印高性能筒式換熱器，支持可維護性和可互換性-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2022年9月，美國防承包商GA-ASI將與Conflux合作，開發(fā)下一代無人機3D打印熱交換器-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2022年8月，Conflux正在為航空航天3D打印熱交換器，申請AS9100D質量管理體系認證-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2022年6月，ConfluxTechnology：3D打印的增壓器冷卻裝置，核心體積減小15%-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2022年5月，Conflux和GKN Additive合作，在歐洲規(guī)模化3D打印熱交換器-南極熊3D打印網 - 平臺
• 2021年10月，3D打印熱交換器，Conflux從AM Ventures獲得4000萬元A輪融資-南極熊3D打印網 - 平臺
  

……

由上可見，Conflux經過近十年的技術積累，其3D打印熱交換器產品現已廣泛應用于航空航天、汽車、國防、能源和微電子等多個高要求領域。Conflux的核心競爭力在于自主研發(fā)的Conflux生產系統(CPS)，這一系統融合了先進的金屬3D打印工藝與熱流體工程設計能力。與傳統制造方法相比，Conflux的3D打印熱交換器具有三大顯著優(yōu)勢：更薄的壁厚實現更高熱交換效率，復雜的內部幾何結構優(yōu)化流體路徑，以及整體式設計消除傳統多部件組裝帶來的可靠性問題。這些特性使得Conflux產品在相同體積下能提供更大的熱交換表面積，同時顯著降低壓降和重量。

TEMISTh：航空航天與能源領域的精密熱管理專家

法國公司TEMISTh專注于為航空航天、國防和能源行業(yè)提供高性能熱交換解決方案，近年來通過與金屬3D打印設備制造商的戰(zhàn)略合作，在復雜熱交換器制造領域取得了顯著突破（TEMISTh攜手易加三維，應用EP-M300優(yōu)化DESOLINATION熱交換器制造-南極熊3D打印網 - 平臺）。2025年5月，TEMISTh宣布與中國金屬3D打印機制造商易加三維(Eplus3D)達成合作，將EP-M300金屬增材制造系統整合進其生產流程，顯著提升了熱交換器的生產效率及性能。

△TEMISTh使用中國易加三維EP-M300打印的熱交換器

TEMISTh將這一技術應用于其"DESOLINATION"項目，該項目旨在將聚光太陽能(CSP)與先進熱交換系統結合，提升海水淡化工藝效率。項目要求處理超臨界CO₂與高濃度鹽溶液之間的熱傳遞，對內部通道的幾何結構要求極高。TEMISTh利用EP-M300打印設備制造了IN718鎳基合金熱交換器芯體，僅用130小時便完成了整個制造流程。在航空航天應用方面，TEMISTh與AddUp和Sogeclair合作開發(fā)了Inconel 718材料熱交換器，確保薄壁(<0.5mm)無泄漏和薄翅片(0.15mm)的高精度制造。通過CFD(計算流體力學)迭代和機械仿真，結合AddUp Manager軟件確保3D打印制造過程的可行性，TEMISTh成功開發(fā)出滿足航空航天嚴苛要求的熱交換器產品。

Oqton 3DXpert：優(yōu)化3D打印熱交換器設計流程的軟件先鋒

在金屬3D打印熱交換器生態(tài)系統中，軟件解決方案提供商Oqton 3DXpert開發(fā)的先進3D打印工藝軟件大幅提升了熱交換器設計生產效率。傳統熱交換器設計受限于制造工藝，往往需要在性能與可制造性之間做出妥協，而Oqton 3DXpert提供的數字化工具鏈使工程師能夠突破這些限制，充分釋放增材制造的設計自由度。（3D打印工藝重塑千億熱交換器市場，Oqton3DXpert如何大幅提升設計生產效率？-南極熊3D打印網 - 平臺）

Oqton 3DXpert軟件平臺集成了從設計優(yōu)化到打印準備的全流程功能，特別針對熱交換器的特殊需求進行了優(yōu)化。軟件支持復雜內部通道的自動生成和優(yōu)化，可以根據熱流模擬結果動態(tài)調整通道形狀、尺寸和分布，實現最佳的熱傳遞效率。同時，其智能支撐生成算法能夠確保薄壁結構在打印過程中的穩(wěn)定性，減少變形風險。軟件的另一大優(yōu)勢是多物理場仿真能力，可以在設計階段預測熱交換器在實際工作條件下的性能表現，包括流體流動、熱傳遞和結構強度等方面。這種"數字孿生"方法顯著減少了物理原型制作和測試的周期與成本，使熱交換器開發(fā)效率提升數倍。Oqton 3DXpert已被多家領先的熱交換器制造商采用，成為連接創(chuàng)新設計與可靠制造的關鍵橋梁。

Additive Analytics： 3D 打印電子產品散熱器的推動者

伍爾弗漢普頓大學衍生公司Additive Analytics則專注于電子冷卻領域的熱管理解決方案創(chuàng)新。與散熱器的幾何形狀類似，嵌入式電子散熱器組件對于管理電子設備和 CPU 中的散熱至關重要。Additive Analytics與材料技術公司 Diamond Hard Surfaces使用 3D 打印技術制造具有復雜幾何形狀和增強材料特性的散熱器。

通過采用這種方法，可以開發(fā)散熱器，以最大限度地提高表面積與體積比，從而提高熱交換效率。其產品采用高導熱金屬材料，如銅合金，利用增材制造實現的復雜微通道結構，將熱量快速從熱點傳導至更大散熱表面。這種方案特別適用于人工智能芯片、功率電子等發(fā)熱量大的應用場景。

△伍爾弗漢普頓大學制作的 3D 打印多材料銅部件

集棧科技：數字工程賦能商業(yè)航天/液冷設計

中國公司集�？萍�(Astack)通過計算工程（Computational Engineering）技術為金屬3D打印熱交換器帶來數字革命：計算工程技術為金屬3D打印商業(yè)航天/液冷帶來數字革命，集棧創(chuàng)始人專訪-南極熊3D打印網 - 平臺。集�？萍紕�(chuàng)始人林一祎強調，計算機底層編程平臺和基于仿真或工程實測反饋建立的計算工程AI模型庫是其核心技術優(yōu)勢，能夠大幅縮短熱交換器開發(fā)周期并優(yōu)化性能。運用計算工程和自研模型庫，可以生成針對特定應用場景的熱交換器設計，并進行快速迭代優(yōu)化。這種方法特別適合商業(yè)航天和液冷系統等對重量和效率極為敏感的領域。

Sintavia：數字工程與大型化制造的探索者

美國Sintavia則在大型鎳基超合金熱交換器制造方面取得突破，所使用的材料是船用鎳超合金，整個組件的外部尺寸約400 x 400 x 1000毫米。該公司利用兩臺大尺寸AMCM M4K-4金屬3D打印設備，打印耗時12天。生產的熱交換器可以實現高達2倍的散熱效率、壓降降低3倍，生產效率提高4倍以上。Sintavia特別注重材料微觀結構的控制和后處理工藝的優(yōu)化，確保產品在極端環(huán)境下的長期可靠性。其技術已應用于航空航天和能源領域的高性能熱管理系統。（Sintavia金屬3D打印大型鎳超合金熱交換器，散熱效率提高2倍-南極熊3D打印網 - 平臺）

△Sintavia 3D打印大型金屬熱交換器。圖片來自Sintavia

GE Additive：高溫應用與產業(yè)化規(guī)模生產的引領者

GE Additive作為工業(yè)級增材制造的全球領導者，在3D打印熱交換器的高溫應用和規(guī)�；�生產方面處于行業(yè)前沿。GE開發(fā)的3D打印熱交換器在900℃極端環(huán)境下成功通過測試，展示了其在最嚴苛工況下的可靠性能。（GE3D 打印熱交換器在 900℃下測試-南極熊3D打印網 - 平臺）

△在比傳統設備高近 400°F 的溫度下成功測試的次級 3D 打印換熱器原型

GE的獨特優(yōu)勢在于其全產業(yè)鏈整合能力，從粉末材料、打印設備到后處理工藝形成完整閉環(huán)。這種垂直整合模式使其能夠嚴格控制熱交換器制造的全過程質量，確保產品的一致性和可靠性。同時，GE將航空領域的嚴格標準引入熱交換器生產，包括無損檢測、壓力測試和長期耐久性驗證等，大大提升了3D打印熱交換器在關鍵領域的接受度。

技術挑戰(zhàn)與未來發(fā)展趨勢

盡管金屬3D打印熱交換器已取得顯著進展，該技術仍面臨多項挑戰(zhàn)需要克服。薄壁結構的打印精度和一致性控制是當前的主要技術難點，特別是對于壁厚小于0.2mm的高縱橫比翅片結構。材料方面，高導熱金屬如純銅的打印仍存在工藝難度，銅對激光的高反射率導致能量耦合效率低，易產生未熔合缺陷。此外，后處理工藝的優(yōu)化也至關重要，包括支撐去除、表面處理和密封檢測等環(huán)節(jié)，這些都直接影響最終產品的性能和可靠性16。

從產業(yè)化角度看，生產成本和制造效率仍是限制3D打印熱交換器更廣泛應用的主要因素。雖然增材制造省去了傳統熱交換器所需的模具和組裝工序，但單件打印時間較長，設備投資高昂。認證體系方面，航空航天和能源等行業(yè)對熱交換器有嚴格的資質要求，建立完整的認證標準和質量控制體系需要大量時間和資源投入。

南極熊判斷，未來金屬3D打印熱交換器的發(fā)展趨勢呈現幾個明確方向：

• 多激光大尺寸設備的普及將提高生產效率，如易加三維EP-M2050系統配備36個激光器，可實現超兩米級部件的快速打印
• 銅及銅合金打印技術的突破，如易加三維開發(fā)的紅光激光技術解決了銅材料高反射率問題，實現高質量米級銅部件打印
• 數字孿生技術的深入應用，通過仿真驅動設計優(yōu)化和工藝控制，減少試錯成本
• 混合制造技術的發(fā)展，結合3D打印與傳統加工的優(yōu)勢，平衡性能與成本
• 新材料開發(fā)，針對不同應用場景優(yōu)化合金成分，如高溫合金、高導熱銅合金等
  

根據南極熊的市場觀察，熱交換器市場正在快速增長，預計到2026年將增長到約300億美元。隨著這些技術進步，3D打印熱交換器有望從當前的高端應用逐步滲透到更廣泛的工業(yè)領域，在設計自由度和性能提升方面持續(xù)引領行業(yè)創(chuàng)新，為全球節(jié)能減排做出重要貢獻。