雷尼绍的技术正在帮助 HiETA 将金属增材制造 (AM) 从原型制造转变为其专业热交换器系列的商业生产。尤其是最近在该公司增加的雷尼绍 RenAM 500M 系统使制造时间和生产成本显着降低。

RenAM 500M 是一种激光粉末床融合增材制造系统，专为在工厂车间生产金属部件而设计。除了采用强大的 500 W 激光器以提供比早期型号更快的加工外，新设备还具有自动化粉末处理系统，可实现更一致的加工质量并减少操作员在机器上的时间。

背景

HiETA 成立于 2011 年，旨在开发金属增材制造方法，用于为各种类型的热管理应用生产复杂的轻型结构。制造的零件包括换热器、涡轮机械和微型燃气轮机的燃烧部件、燃料电池的相变热交换器和集成废热回收系统，以及高效内燃机的部件，包括涡轮机械和部分处理废气。

现任 HiETA 首席项目工程师的斯蒂芬·梅勒 (Stephen Mellor) 在董事的接洽后成为该公司的第一位员工，他们已注册了一些使用添加剂技术生产热交换器的专利。他在英国埃克塞特大学学习工程学时首先参与了 AM，随后他专门从事这项技术的研究以获得博士学位。 HiETA 现在拥有超过 25 名员工和一系列令人印象深刻的设施，可以共同涵盖整个 AM 产品开发过程，从客户需求的审查开始，然后从初始设计过渡到计算流体动力学 (CFD)和有限元分析 (FEA)、使用雷尼绍设备制造、测试和验证。

挑战

传统上，热交换产品通常由焊接在一起的薄片材料制成。设计的复杂性使生产既具有挑战性又耗时，而用于焊接过程的材料增加了零件的整体重量。在 HiETA 工作之前，很少有研究使用 AM 制造热交换器。因此，最初的挑战是确认增材制造能够成功地生成所需质量的足够薄的壁，然后生产具有典型热交换器复杂性的完整组件。第三个挑战是利用所开发的知识和经验将过程从样品和原型的制造转变为小批量生产。

通过与雷尼绍的合作，我们生产的组件通常比市场上任何同类产品轻约 40%，体积更小。借助雷尼绍技术，我们可以设计和制造许多集成到单个组件中的新型高性能表面。用传统方法很难做到这一点。

HiETA Technologies（英国）

解决方案

HiETA 选择与雷尼绍合作，并在一系列项目中使用雷尼绍的 AM250 系统。首先，HiETA 与雷尼绍密切合作，开发特定参数集，用于生产厚度低至 150 微米的 Inconel 无泄漏薄壁。两家公司都在雷尼绍位于斯塔福德郡斯通的工厂的 AM250 和位于英国布里斯托尔附近的布里斯托尔和巴斯科学园的 HiETA 基地的系统上使用各种设置生产样品。对所得样品进行热处理，然后在 HiETA 和 Renishaw 进行表征。测试结果使公司能够确认薄壁结构机器的最佳参数，还允许 HiETA 开发设计指南，其中包含使用激光粉末床融合技术制造的热交换器的传热参数。在实现了无泄漏的整体墙之后，下一阶段是转移到一个完整的全尺寸单元，它可以在合理的建造时间内完成。在银石赛道开展了两个项目，均由英国汽车集成商 Delta Motorsports 参与。第一个是长方体热交换器（换热器），用作电动汽车的增程器。第二个目标是将组件的设计提升到超越传统长方体形状的复杂程度。更复杂的形状可以提高产品性能和循环效率，为包装带来好处，并降低成本。为该阶段选择的设计是环形换热器，可以包裹其他部件并包含集成歧管，以提供更紧凑的整体系统。除了进一步优化雷尼绍设备以处理更大的样品外，HiETA 还利用这些项目开发了一种提取工艺，用于去除换热器芯部多余的粉末材料。

成果

HiETA 与雷尼绍合作的第一个结果是生成设置增材制造设备以成功生产薄壁结构所需的基本数据，并提供预测使用雷尼绍设备制造的热交换器性能所需的参数。产生的热传递和流体流动数据已被纳入到 HiETA 使用的 CFD 和有限元分析程序中。这些程序可用于对新组件设计的可能性能进行初步评估，从而确认提案具有满足客户要求的潜力。同时，雷尼绍还增加了软件改进，以便在将整个换热器切成薄层时方便处理大量数据，并创建完整零件所需的构建指令。

在 AM250 系统上制作完整产品的第一次尝试生成了一个成功的组件，但需要 17 天的构建时间。随着硬件和软件的改进以及工艺参数的优化，时间缩短到了 80 小时。详细测试表明，该组件在压降和传热方面均符合要求。然而，这种性能是在重量和体积比传统方法制造的等效部件低约 30% 的情况下实现的。

“对于我们几乎所有的项目，我们都在努力减轻组件的重量并解决热管理问题，”Stephen Mellor 解释道。 “通过与雷尼绍的合作，我们生产的部件通常比市场上任何同类产品轻 40% 左右，体积更小。这是可能的，因为借助雷尼绍技术，我们可以设计和制造许多集成到单个组件中的新型高性能表面。使用传统方法很难做到这一点。”

在雷尼绍 AM250 取得成功之后，HiETA 投资购买了功能更强大的 RenAM 500M 系统，以实现更具成本效益的小批量商业组件生产。 “我们现在正在为具有真正商业应用的发动机和具有非常苛刻要求的客户生产零件，”他继续说道。 “我们使用雷尼绍的 AM 技术生产非常复杂的零件，以具有竞争力的价格提供高性能。”