銅製熱交換器
コンパクトな内部流路を持つ銅製熱交換器の3Dプリント
限られた容積の中で、内部の伝熱面積、一体化したマニホールド、短い熱経路、特殊なポート配置、ろう付け箇所の削減が必要な熱交換器では、銅AMが有力な候補です。完成品の見積には、粉末除去、機械加工、圧力、リーク、流量、清浄度を含める必要があります。
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要点
内部形状が熱、実装、信頼性の面で測定可能な価値を生む場合にだけ、銅製熱交換器を3Dプリントします。コアにアクセスでき、従来の製造で圧力とコストの目標を満たせる場合は、機械加工、ろう付け、スカイブ、折りたたみフィン、チューブ方式を使ってください。
対象用途
対象となる部品と技術課題
コンパクトな液冷熱交換器
容積と伝熱面積が厳しく制約される場合の、内部流路網、ラティスやTPMSのコンセプト、一体化したヘッダー。
コールドプレートとマニホールドのコア
電子機器や半導体装置の近くで、局所的な除熱、分配、ポート、シール面を一つにまとめた一体型ボディ。
電源・データセンター用冷却部品
コンパクトな配管、管理された圧力損失、清浄な流路、リークの裏付けを必要とする冷却ブロックと液体分配部品。
航空宇宙・研究用の熱構造体
銅の導電性、内部冷却、接合部の削減、初品検査が、要求の厳しい工程を正当化する高付加価値部品。
製造方法
形状が明確な価値を生むときだけ3Dプリントを選ぶ
銅AMが有力な候補になるのは
- 曲がった流路、分岐する流路、コンフォーマル流路を、発熱源や実装空間に沿わせる必要がある。
- 一体化したマニホールドとヘッダーにより、継手、栓、カバー、ろう付け接合をなくせる。
- 熱コアに、直線の工具では届かない、またはきれいに組み立てられない形状が必要である。
- 試作や少量での性能の価値が、AMの追加の検証コストを上回る。
従来工法の方が適していることが多いのは
- まっすぐな穴あけ流路、機械加工プレート、チューブ、フィン、ろう付け積層で熱の要求を満たせる。
- 量産の数量では、プレス、スカイブ、押出、折りたたみフィン、チューブ、ろう付けの構造が有利である。
- 内部流路網に、袋状の部分、支持のないトラップ、洗浄・検証できない流路がある。
- 購入者が、冷却液、圧力、リーク、流量、面、受入の要求を定められない。
技術的な入力情報
実現性、コスト、リードタイムに影響する情報
| 見積依頼に含める情報 | 必要な理由 |
|---|---|
| 熱的な役割と境界条件 | 熱負荷、発熱源の分布、入口温度、許容出口温度、周囲条件、目標とする熱性能をお知らせください。 |
| 冷却液と流量の目標 | 流体の化学組成、粘度、腐食適合性、流量、分配、圧力損失、エロージョンの懸念が、流路の判断を左右します。 |
| 圧力とリーク | 使用圧力、過渡圧力、耐圧試験圧力に加え、リーク試験方法、合否基準、保持時間、漏れた場合の影響を明記してください。 |
| 流路と洗浄のアクセス | 最小流路、分岐数、粉末の出口、フラッシング、乾燥、許容される閉塞、CTの範囲、清浄度の裏付けを定めてください。 |
| インターフェースと材料 | 純銅またはCuCrZrの検討、加工した伝熱面、ポート、ねじ、シール面、コーティング、めっき、寸法基準を示してください。 |
リスク管理
見積前に解消すべきリスク
圧力損失を考えずに伝熱を最適化する
内部面積を増やすと、ポンプ動力と流量の偏りが増えることがあります。熱と流体の目標は一緒に評価する必要があります。
除去できない粉末と汚染
小さな分岐、デッドレッグ、ラティスコア、急な形状変化には、粉末除去、フラッシング、乾燥、確認の明確な方法が必要です。
合否基準のないリーク試験
「リークなし」は受入基準ではありません。見積依頼では、方法、圧力、媒体、合否基準、保持時間、試験段階を明記してください。
流路に近すぎる加工代
シール面、ポート、平坦な伝熱面、基準面には、加工で圧力境界を開けたり弱めたりしないよう、十分な肉厚と加工代が必要です。
お見積り
有用な見積に必要な情報を送る
STEPファイルがあれば形状レビューを始められます。使用条件と受入基準があれば、未確認の前提ではなく完成部品に基づいた見積になります。
- STEPまたはネイティブCADと管理された図面
- 熱負荷と発熱源の分布
- 冷却液、入口温度、適合性
- 流量の目標と圧力損失の上限
- 使用圧力、耐圧、リークの要求
- 希望材料と使用温度
- 加工面、ポート、シール、加工代
- 洗浄、CT、流量、初品の範囲
関連する技術ガイド(英語)
- コールドプレートと熱交換器のエビデンス 熱的な役割、流量分布、洗浄、圧力、リーク、公開されている裏付けを確認できます。
- 銅製熱交換器の設計上の利点と限界 流路、材料、粉末除去、仕上げ、検証に関する詳しい技術ガイド。
- マイクロチャネルの閉塞、ろ過、洗浄 流路寸法を小さくする前に検討すべき、流路サイズ、ろ過、洗浄の判断。
- モーターハウジング冷却流路のCFD事例 当社が匿名化して公開した設計レビュー。損失データ、4分岐流路、13 kPaの圧力損失、モデルから判断までの手順。
- 銅製コールドプレートの3Dプリント 発熱源とのインターフェース、マニホールド、シール、圧力、CT、リーク試験に関する見積の窓口。
技術資料
外部資料は工程と用途の背景情報として掲載しています。プロジェクトの受入値は、図面と使用条件に基づいて別途定める必要があります。
- EOSの銅AM材料 - 熱交換器を含む、銅とCuCrZrの用途に関する公式情報。
- Open Compute Projectのコールドプレート作業部会 - 液冷の冷却液、インターフェース、リーク、認定に関する業界要件の情報。