Medan traditionella tillverkningstekniker fortfarande används för större industriella värmeväxlare, hittar metalltillverkningstillverkning alltmer tillämpningar i mindre, mer kompakta konstruktioner som elektronik, förnybar energitillämpningar, kylcykler, bränsleceller, fordon med förbränningsmotorer och så småningom elfordon. Den största fördelen med denna teknik är större designfrihet, vilket bör möjliggöra effektivare värmeöverföring samtidigt som antalet delar som krävs minskas. Detta resulterar i mindre utrymme och materialanvändning, vilket gör att lättare enheter kan användas för att hantera högre termiska belastningar och effekttätheter.
Det finns flera sätt att dra fördel av additiv tillverkning för effektivare värmeväxlare.
1. Öka den yta som är tillgänglig för värmeväxling genom att använda gallerstrukturer, nålade fenor och mikrokanaler. Alla dessa funktioner möjliggör en högre värmeöverföring till priset av ett större tryckfall över värmeväxlaren. I synnerhet kan gallerstrukturen, om den inte utformas korrekt, negativt påverka systemets totala effektivitet på grund av det ökade motståndet mot vätskeflöde. Å andra sidan är stiftade fenor nästan alltid fördelaktiga: medan endast mindre förbättringar förväntas av cirkulära och elliptiska fenor, erbjuder diamant-, aerodynamiska och rektangulära fenor de högsta värmeöverföringshastigheterna per tryckfall.
2. Öka flödesturbulensen i interna kanaler. Virvelströmmar skapas i axiellt flöde för att skapa ett kvadratiskt ortogonalt hastighetsfält, vilket minskar gränsskiktets tjocklek och främjar värmeväxling. Denna virvel kan skapas av vridna rör eller vortexgeneratorer. Det senare kan uppnås med Selecting Laser Melting Technology (SLM/DMLS) utan montering och nästan utan extra kostnad med värmeväxlarkroppen och ger en 40-procentig ökning av värmeöverföringskoefficienten med endast låga tryckförluster.
3. Erhållen genom metoden för grov yta. Medan förbättringar av värmeöverföringskoefficienter på upp till 70 procent kan uppnås, ökar detta tillvägagångssätt avsevärt friktionskoefficienten, vilket i sin tur resulterar i högre tryckförluster. Denna effekt blir ännu viktigare för mikrokanaler med små hydrauliska diametrar.
Beroende på den specifika applikationen och den övergripande geometrin kan dessa förbättringar hjälpa designers att uppnå sina målprestanda genom att utnyttja designfriheten som Metal AM erbjuder för att designa kostnadseffektiva, högpresterande värmehanteringsenheter.