圖片來源 : EOS

現在，每個人都在談論使用熱泵為建築物供暖。熱交換器不僅是熱泵的組成部分，也是冷水機組的重要組成部分。那麼它是如何工作的呢？它的工作原理是在兩種介質之間傳遞熱能，儘管這個過程效率很低，但 justairtech 首席技術官 Holger Sedlak 決心對其進行改進：他說：”當我看到一些迄今為止無法實現的東西在物理上成為可能時，我的靈感油然而生。於是，我開始尋找解決方案。在這種情況下，我們只關注空氣”。

對於 EOS 和 justairtech 來說，這是一段奇妙的旅程。最終，高效熱交換器實現了革命性的設計突破，所需的電能僅為以前的三分之一。

腔體裡的空氣通過吸入熱交換器進行冷卻，從而達到調節的目的。然後是一個水迴路和另一個使用氟化碳氫化合物等介質的迴路。這些迴路必須由泵驅動，系統還需要通風裝置和其他元件，所有這些都需要耗電。Sedlak用一個例子來解釋他的另一種用空氣冷卻空氣的想法：”在過去，如果你想從慕尼克乘火車去柏林，你必須在幾個車站換乘。這不僅費時，而且相當煩人。但是，如果您可以通過快速通道避免所有這些換乘，那麼旅途就會大大縮短，而且會更加愉快”。這就是他的產品的基本原理：Sedlak 去掉了所有不必要的中間環節，製造出了 fractal1 空氣-空氣熱交換器，與傳統型號相比，這種新型冷水機組和熱泵設計的耗電量僅為傳統型號的五分之一。到目前為止，效果還不錯。之所以直到現在才有這種解決方案，原因之一是根本無法生產。

2022 年 5 月，Holger Sedlak 將他的想法和熱交換器的關鍵結構帶到了 EOS。來自 EOS Additive Minds 團隊的 Philipp Komurka 與同事們討論了這個想法，儘管他們最初認為成功實施的可能性很小。阻礙其實現的主要癥結在於壁厚極小，僅約 150 微米，而且表面積非常大，總共約有 33 萬個直徑僅為 0.5 毫米的通道。儘管 EOS DMLS-3D 列印技術適用於非常複雜的結構，但鐳射加工過程必須進行能量轉移。這意味著材料必須熔化才能形成層，但為了符合元件極其嚴格的設計規範，同時又不堵塞通道，材料必須受到高度限制。另一個要求是使用 316L 材料，即不銹鋼。雖然其他材料更容易加工，但其導電率太高，會影響熱交換器的運行。

chillAir 構建現狀 | 圖片來源：justairtech GmbH

“在我的一生中，我成功地實現了許多不可能的事情，但我總是與合作夥伴一起工作。我們需要的是系統性思維和與他人的通力合作，以便發現設計和生產技術中可能需要調整的地方。我很清楚，我的產品只能通過金屬3D列印來製造，EOS 不僅承擔了部分風險，而且還非常致力於共同實現這一目標。”

– Holger Sedlak, CTO of justairtech

有兩名成員與 Philipp Komurka 一起努力將不可能變為可能。他們首先修改了參數和工藝，並根據 justairtech 熱交換器的要求對每個參數和工藝進行了調整。團隊成功地配置了鐳射功率、速度和溫度範圍等變數，使這種結構得以建造。到 2022 年夏天，第一次測試證明是成功的，但需要 110 個小時的漫長建造時間。當時從整體上看，該元件的單位成本過高，不具備經濟可行性。

因此，接下來的任務是按照 Holger Sedlak 最初的設想，將製造時間縮短到 20 小時左右。這意味著要將構建時間縮短 80%。實現這一目標的一個步驟是減少構建資料量，因為最初無數的向量導致設計檔非常龐大，進而導致後續處理時間過長。在 EOS 和 justairtech 的密切合作下，設計得到了優化，資料量大大減少。第二步是清粉，因為在第一次製造過程中，成品結構中含有約 30 公斤的餘粉，這些粉末被捲入了細小的通道中。Komurka解釋說：”一開始，除了使用除粉系統，我們還不得不用小錘子手工敲打通道，因為我們等待的時間不夠長。最後，我們意識到，部件只是需要更長的除芯時間。到 2022 年秋天，經過多次優化，製造時間達到了 60 小時，這相當於縮短了近 50% 的時間。為了加快進程，該部件在 EOS M 400-4 上進行了冷成型–通常情況下，成型空間是加熱的，因為這樣材料更容易加工。最終，使用冷成型技術大大縮短了冷卻時間。

Komurka 滿意地說：目前，我們的製造時間為 10 到 12 個小時，除去粉末大約需要 4 個小時–這樣一來，我們完成新型熱交換器中心元件的製造時間大約為 16 個小時，更不用說大幅降低的單價了。

第一台完整的冷卻系統於 2024 年作為原型投入工業應用；不過，由於該部件可擴展，因此也可以做得比原型更大或更小。

到目前為止，製造過程都是在 EOS 進行的。不過，我們的想法是，justairtech 應發揮智囊團的作用，因為它不打算在未來建立自己的生產設施，我們的 EOS 終端到終端生產合作夥伴 MT Aerospace 將加入該專案，批量生產該元件。正如 Sedlak 所說 “我們的系統比傳統系統的效率高五倍，可以節約能源、二氧化碳和運營成本；此外，由於其結構緊湊，可以安裝在任何地方。Sedlak 闡述了他的願景：”雖然我們首先考慮的是工業應用，但我們計畫將其推廣到終端消費者，因為該產品適用於任何類型建築的供暖和製冷。我們將繼續陪伴客戶完成這個專案。敬請期待。