AM熱交換器の革新とはどのようなものだろうか？
付加製造熱交換技術は、比較的短期間で飛躍的な進歩を遂げたが、大量製造・生産にスケールアップするためには、克服しなければならない障害がまだ数多くある。
この記事では、熱交換器とアディティブ・マニュファクチャリング（AM）（3Dプリンティングとして知られる）の課題と、この技術を大量生産するためにどのように改善できるかに焦点を当てます。また、コンフラックス・テクノロジーの最高製品責任者としての経験から、3Dアプリケーション企業における製品戦略の重要性と、この業界の将来についての予測についてもお話しします。
AM熱交換器の革新とはどのようなものだろうか？
アディティブ・マニュファクチャリング（AM）の活用による技術革新の可能性が高まっていることは事実であり、コンフラックスでは、以下のような製品で何度も実証してきた。 環状 そして ウォーターチャージエアクーラー (WCAC）のデザイン。
例えば、波状のメタル・カットアウェイは、近年多くの記事で取り上げられており、複雑なモノリシック・パーツ（さまざまな溝、フィン、複雑な表面）を作るというビジョンが、その魅力の一因となっている。しかし、イノベーションとは何かを「発明」することだけではない。イノベーションとは、新しいアイデアから付加価値を生み出すことでもある。
プロセスのあらゆる時点で付加製造（DfAM）のための設計をメッシュ化し、熱と性能の結果を極めて明確にし、設計と結果に対応するために製造プロセスを反復的に適応させることが不可欠です。AM設計における革新とは、マシンの能力を正確に把握し、その能力の境界で一貫した結果を生み出すことです。
チームはフィードバックの好循環を作り出し、非常に機敏でつながりのあるやり方で、マシンの能力をテストするだけでなく、その成否やシミュレーションに関するデータをリアルタイムで設計者にフィードバックするような設計を考え出す必要がある。
アディティブ・マニュファクチャリング（AM）熱交換器の大きな課題は、価値を高める性能を提供することである。多くの美しく有機的な部品は流体をよく混合するが、流れを大きく乱す傾向があり、大量の圧力低下を引き起こすという望ましくない結果を招く。このような部品から残った粉末を除去することも、成功への障害となる可能性があります。
コンフラックスでは、ユニットを流れる流体ごとに異なる表面を印刷する熱交換器を開発してきました。流路内の構造を変化させることで、加熱・冷却によって変化する流体の特性に対応しています。また、粉体除去のための設計も行っており、そのプロセスと設計に磨きをかけ、大きな効果を上げています。
コンフラックス「カートリッジ」熱交換器
コンフラックスの「カートリッジ式」熱交換器は、イノベーションと付加価値のパートナーシップの一例である。
カートリッジ設計のコンセプトは、付加製造されたコアをより大きなシステム（従来から製造されているケーシングや、ギアボックスのハウジングのような他のコンポーネントの一体部品）に組み込むことで、熱交換を熱源の近くで行い、システム全体を簡素化することである。
付加的に製造された部品は、AMの根本的な性能上の利点を取り入れることができ、修理や交換のために容易にアクセスすることができ、同様の技術とコスト面で競争することができる。
簡単に言えば、アクセスが重要な問題となる使用例では、熱交換ユニットの汚れた部分にアクセスし、引き抜いて交換できることを意味する。複数のユニットを並行して使用する連続プロセスでは、メンテナンスのためのシャットダウンを回避でき、コストを大幅に削減できる。
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3Dアプリケーションを製品戦略にどう取り入れるか？
AM熱交換器から最大限の出力を確保するために洗練される必要があるのは、機能的な設計プロセスだけではありません。効果的な製品戦略を持つことも最重要である。
コンフラックス・テクノロジーは、アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）を使って、当時誰もやっていなかったこと、つまり3Dプリント熱交換器を開発することに関するいくつかの洞察からスタートした。
航空、モータースポーツ、エネルギーの各分野の顧客と協力しながら、私たちは多くのことを学び、その洞察を活かして多くの熱交換器コアの設計を開発し、特にグリーンエネルギー、電気自動車、バッテリー、コンピューティング・パワーなど、現在規模が拡大している産業において、膨大な量の発熱を伴う熱問題に適用することができました。
エンジニアリング設計の革新と積層造形技術を融合させることで、画期的な性能を持つ軽量の熱アプリケーションを生み出すチャンスがあることを私たちは目の当たりにしました。しかし、最も重要なことは、AM熱交換器の最大の課題である圧力を保持する薄肉で複雑な構造をプリントする方法を学んだことです。
コンフラックスは今、組織開発の新たな段階を迎えている。熱交換は狭い分野に見えるかもしれませんが、どの業界にもニーズがあります。従って、私たちは、AMのあらゆる利点、すなわち抜本的な性能、迅速な試作、カスタマイズされた製品、分散型製造によって、市場のニーズに積極的に対応できるアプリケーションへとノウハウを拡大することに挑戦しています。
3Dプリンティングによってもたらされるデザインの自由は膨大です。製品の観点から、私たちの目標は、特定のアプリケーションを開発することと、新しく革新的な製品にインスピレーションを与えることができる幅広いカテゴリーを開発することのバランスを完璧にすることです。
今こそ、より広範なアプリケーションの数を前倒しし、最大の利益を得る顧客にとってより効率的で利用しやすい特注の熱交換器開発を行い、これらの顧客に価値を提供する時なのだ。
問題は、特注品か構成品か、ということだ。
すべての顧客は異なります。したがって、各顧客の熱交換問題の境界条件やその他の要件を理解するための発見プロセスを完了することは、過小評価できない非常に重要な最初のステップです。とはいえ、イノベーションとは付加価値を高めることであるという私たちの信念は、特注品と構成品のどちらを使うかという選択が、お客様にとってゼロサムゲームの決断である必要はないということを意味しています。
オーダーメイドのプロジェクトに取り組む場合、適切なコア設計を選択し、それを熱交換器に組み込み、特定の流体や条件に合わせて内部形状の特徴を変更し、大規模な構造とパッケージングを開発します。しかし、構成された製品に関しては、パラメータ化されたコア形状を中心にパッケージングを定義します。
私たちは、これらのパラメーターの範囲内で設計をスケーリングできるツールとモデルを作成し、はるかに短い開発時間で流体適合形状のすべての利点を得ることができます。
もちろん、この時点ではまだエンジニアリング作業が残っており、それを印刷可能なものにレンダリングする必要がある。デザインにかかる時間を1時間でも節約できれば、顧客はその分の費用を支払う必要がなくなる。
では、どうやって大量生産を克服するのか、 規格と品質管理の課題？
AMを大量生産技術に拡大することが大きな課題である。私たちが直面している最も明確で現在の障害の2つは、生産コストと、業界全体の認定／認証／規格の開発です。
AMマシンの価格は、多くの場合、部品の印刷に関連する最大のコストであり、次いで後処理コストである。そのため、機械コストを下げるか、速度を上げることが重要です。その間、コンフラックスの焦点は、筐体を3Dプリントするよりも短時間でプリントできる高価値の熱交換に焦点を当てた小型パーツをプリントすることで、競争力とコスト効率を高めることにあった。
規模拡大のもうひとつの課題は、業界標準の認証、検証、試験プロセスをしっかり確立することだ。現時点では、AM認証のための業界標準は不透明です。コンフラックスは、この問題の明確化に貢献したいと考えています。AS9100D認証を開始するとともに、登録航空宇宙監査人でありオピニオン・リーダーであるアンドリュー・ミルナー氏を招聘し、品質管理を推進しています。
印刷のスピードに根本的な変化をもたらそうとしている企業はいくつかあり、私たちはこの分野に大きな関心をもって注目している。
ここからどこへ行くのか？
私は、3Dプリンティング全般において、今後5年間にいくつかの幅広い技術的な変化が起こると考えています。エンジニアリングや製造だけでなく、ヘルスケアやその関連分野で起こっている進歩は、社会に甚大な影響を与えるでしょう。
今後5年間で、生産能力と能力の向上が手頃な価格と生産部品の普及を促進するため、AMの約束が実現すると私は確信している。サービス・ビューローやアプリケーション企業におけるビジネスモデルの成熟が、分散型製造の進化を後押しする。
知的財産権保護能力の商業化が進んでいる。私たちのような企業は、世界のどこにいても私たちのパーツを安全にプリントすることができるようになり、スケールに合わせてプリントする能力の向上はパラダイムシフトとなるだろう。新素材、新コーティング、新用途、そして私たちをも助ける新たな驚き。
私は、アディティブ・マニュファクチャリングには明るい未来があると考えており、特に金属アディティブ・マニュファクチャリングは、新しいトップエンドの熱交換を提供する支配的なメカニズムに発展すると考えている。
