Mentre le tecniche di produzione tradizionali sono ancora utilizzate per scambiatori di calore industriali più grandi, la produzione additiva di metalli trova sempre più applicazioni in progetti più piccoli e compatti come elettronica, applicazioni di energia rinnovabile, cicli di refrigerazione, celle a combustibile, veicoli con motore a combustione interna e, infine, veicoli elettrici. Il principale vantaggio di questa tecnologia è una maggiore libertà di progettazione, che dovrebbe consentire un trasferimento di calore più efficiente riducendo il numero di parti richieste. Ciò si traduce in un minore utilizzo di spazio e materiale, consentendo di utilizzare dispositivi più leggeri per gestire carichi termici e densità di potenza più elevati.
Esistono diversi modi per sfruttare la produzione additiva per scambiatori di calore più efficienti.
1. Aumentare l'area disponibile per lo scambio di calore attraverso l'uso di strutture reticolari, alette fissate e microcanali. Tutte queste caratteristiche consentono un maggiore trasferimento di calore a scapito di una maggiore caduta di pressione attraverso lo scambiatore di calore. In particolare, la struttura della griglia, se non adeguatamente progettata, può influire negativamente sull'efficienza complessiva del sistema a causa della maggiore resistenza al flusso del fluido. D'altra parte, le pinne fissate sono quasi sempre vantaggiose: mentre dalle pinne circolari ed ellittiche sono previsti solo piccoli miglioramenti, le pinne diamantate, aerodinamiche e rettangolari offrono le più alte velocità di trasferimento del calore per caduta di pressione.
2. Aumentare la turbolenza del flusso nei canali interni. Le correnti parassite vengono create nel flusso assiale per creare un campo di velocità ortogonale quadrato, riducendo lo spessore dello strato limite e favorendo lo scambio di calore. Questo vortice può essere creato da tubi attorcigliati o generatori di vortici. Quest'ultimo può essere ottenuto con la tecnologia Selecting Laser Melting Technology (SLM/DMLS) senza montaggio e quasi senza costi aggiuntivi con il corpo dello scambiatore di calore e fornisce un aumento del 40 percento del coefficiente di trasferimento del calore con solo basse perdite di pressione.
3. Ottenuto con il metodo della superficie ruvida. Sebbene sia possibile ottenere miglioramenti nei coefficienti di trasferimento del calore fino al 70 percento, questo approccio aumenta significativamente il coefficiente di attrito, che a sua volta si traduce in maggiori perdite di pressione. Questo effetto diventa ancora più importante per microcanali con piccoli diametri idraulici.
A seconda dell'applicazione specifica e della geometria complessiva, questi miglioramenti possono aiutare i progettisti a raggiungere le prestazioni target sfruttando la libertà di progettazione che Metal AM offre per progettare dispositivi di gestione termica ad alte prestazioni e convenienti.