最近，來自新西蘭坎特伯雷大學（University of Canterbury）的研究團隊，在《International Journal of Heat and Mass Transfer》雜志發表了題為“Heat transfer and topological characterisation of TPMS structures using 3D printed materials”的文章，中文可翻譯為：使用3D打印材料對TPMS結構的熱傳遞和拓撲特征進行表征。創新解決了3D打印復雜結構熱交換器的性能評估偏差問題。
 

      圖：從每種打印材料處理后的μCT數據中截取的切片，按以下順序排列：A）鋁，B）燒結氧化鋁，C）樹脂，D）生坯氧化鋁，E）尼龍，以及F）所有材料打印所依據的原始STL文件。箭頭指向了與F中的基礎STL文件相比，每種材料形成的結構設計中的不規則之處。圖片來自文獻
      傳統研究普遍假設3D打印的三周期極小曲面（TPMS）結構與設計參數完全一致，但實際打印中，材料收縮、表面粗糙度等會導致拓撲參數偏移。研究團隊發現，燒結氧化鋁結構的孔隙率偏差達7%，液壓直徑誤差達10%，尼龍材料因殘留粉末導致通道堵塞，樹脂材料存在150μm氣泡缺陷。若直接使用設計參數計算傳熱性能，努塞爾數（Nusselt number）誤差高達20%，嚴重影響不同材料間的性能對比。這一發現揭示了傳統研究中參數假設的局限性，為高精度熱交換器設計提供了關鍵依據。
       研究團隊通過微計算機斷層掃描（μCT）對5種材料（燒結氧化鋁、未燒結氧化鋁、樹脂、鋁、尼龍）的3D打印結構進行三維重構，分辨率達23μm。結合圖像二值化和網格分析，精確量化孔隙率、液壓直徑和壁厚，發現燒結氧化鋁因15.4%收縮需預先放大設計尺寸。熱傳遞實驗中，空氣-水系統（Re=400-2500）采用電磁流量計和質流控制器，測量整體傳熱系數并分離壁面熱阻；水-水系統驗證雙通道性能。材料熱導率通過激光閃射法測定，鋁（126 W/m·K）與樹脂（0.22 W/m·K）相差572倍，但經μCT修正后，努塞爾數曲線趨于一致。
 

        研究發現：使用μCT實測參數后，不同材料的熱傳遞性能差異消失。燒結氧化鋁、鋁和樹脂在雷諾數相同條件下的努塞爾數偏差<5%，證明低導熱樹脂可作為快速原型材料。但若沿用設計參數，鋁的努塞爾數被高估20%，樹脂因壁面熱阻主導導致計算誤差激增。燒結氧化鋁表面粗糙度（Ra=10.7μm）與鋁（3.9μm）的差異未顯著影響傳熱，而尼龍因微孔透水被淘汰。數據表明，拓撲參數7%的偏差即可改寫熱傳遞性能評價標準。
 

圖：假設熱交換器的拓撲參數與原始STL文件相同，忽略μCT分析，通過以下指標測量其性能：A) 總體傳熱系數；B) 在一系列流量下的努塞爾數。為了視覺清晰，鋁的誤差條已省略。圖片來自文獻
      研究團隊指出，需建立3D打印-μCT-性能預測的全流程標準：探索更多材料（如鈦合金）的收縮規律，開發自適應補償算法；優化TPMS旋轉角度（現有研究達90°）對湍流的調控；提升μCT效率以支持實時質量監控。這項技術有望革新緊湊型換熱器設計，在航空航天和能源領域實現輕量化與高性能的統一。
來源：CFD流熱物語

(責任編輯：admin)

• 英國計劃建造50米高的月球
• 3D打印的熱交換器，誤差竟
• 3D生物打印人工皮膚！湖南
• 圣母大學開發3D打印超節能
• Manifest Technologies 推
• 普惠公司推出用于 GTF 發

• ·英國計劃建造50米高的月球摩天大樓，將
• ·3D打印的熱交換器，誤差竟能改寫20%性
• ·3D生物打印人工皮膚！湖南師范大學劉中
• ·圣母大學開發3D打印超節能5G天線，能耗
• ·Manifest Technologies 推出首款視差體
• ·普惠公司推出用于 GTF 發動機維修的增
• ·Royal3D推出新型海事應用ShearWater水
• ·中科院蘇州納米所黃潔：生物3D打印導電