Die University of Wisconsin-Madison erhält Fördergelder in Höhe von 2,1 Millionen US-Dollar, um gemeinsam mit weiteren Partnern an der Entwicklung von Wärmetauschern mit Hilfe von 3D-Druckern zu arbeiten.

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University of Wisconsin-Madison LogoIngenieure der University of Wisconsin-Madison erhielten 2,1 Millionen Dollar aus Fördermitteln, um an der Entwicklung von Wärmetauschern aus dem 3D-Drucker zu arbeiten. Das Projekt, das 2015 begann, wird vom U.S. Department of Energy Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-e) unterstützt. Ursprüngliches Ziel war es, Wärmetauscher aus dem 3D-Drucker für Kraftwerke herzustellen. Nun liegt der Schwerpunkt in weiteren Anwendungsbereichen, zum Beispiel den Einbau in Kühlschränken.

Wenn Maschinen arbeiten, entwickelt sich oft Wärme. Viele Komponenten der Maschine vertragen diese Hitze nicht. Wärmetauscher transportieren die entstandene Wärme weg. Solche Wärmetauscher kommen an vielen Orten zum Einsatz, bei Heizungen, bei Kühlschränken, Kraftwerken, der Erdgasaufbereitung und weiteren.

Wärmetauscher
Beispiel eines 3D-gedruckten Wärmetauschers (Bild © energy.gov).

Mit dem 3D-Drucker lassen sich effektivere Formen entwickeln und andere Materialien verwenden. Bisher entstanden FDM/FFF 3D-Druck Wärmetauscher aus polymeren Filamenten, die in Kupferteilchen eingebettet wurden. Diese Polymere erlaubten dem Bauteil aus dem 3D-Drucker, die wärmeleitenden Eigenschaften des Kupfers anzunehmen.

Wärmetauscher sind üblicherweise aus Metall, da sie die Hitze gut leiten. Mit herkömmlichen Methoden ist man aber in der Wahl der Form sehr eingeschränkt und es ist auch ein sehr teures Unterfangen. Doch gerade die Form eines Wärmetauschers ist sehr wichtig, denn sie hilft, den Wärmeaustausch leichter zu gestalten.

Komplexere Strukturen und besondere Formen dank 3D-Drucker

Mit dem 3D-Drucker sind komplexe Strukturen und besondere Formen leichter zu realisieren. Dadurch werden sie effektiver und kostengünstiger in der Produktion. Dank der Fördergelder kann die Universität Partner aus der Industrie ins Boot holen. Dazu gehören Cosine Additive, ein 3D-Drucker Hersteller aus Houston (Texas), der Kunststoffhersteller Teel Plastics, die Greenheck Corporation, die Klimaanlagen produziert, und weitere Unternehmen. All diese Partner werden den Wärmeaustauscher in ihre Entwicklungen integrieren. Das hilft, konkurrenzfähige Leistung zu bringen und sich Kostenziele zu setzen. Es wird außerdem einen Einblick geben, was ein durchführbarer Maßstab für 3D-Druck Wärmeaustauscher ist.

Die entstehenden Polymere kann man in vielen Bereichen verwenden. So zum Beispiel für den Druck von komplexen Leiterplatten oder von Bauteilen, die durch das Verbrennen polymerer Partikel in solides Material integriert werden.

Natalie Rudolph
Natalie Rudolph, Hochschulassistentin im Bereich Maschinenbau. (Bild: © University of Wisconsin-Madison)

Das UW-Madison Wärmetauscher Team wird von Natalie Rudolph, Hochschulassistentin im Bereich Maschinenindustrie, und dem Vorsitzenden der Mead Witter Foundation Consolidated Papers, Tim Osswald, geleitet. Professor Greg Neellis kümmert sich um die Konstruktion des Wärmetauschers und Professor Krishnan Suresh behält den Fertigungsdurchlauf im Auge.

Die University of Maryland ist ebenfalls bestrebt, die Entwicklung der Wärmetauscher aus dem 3D-Drucker voranzubringen. Das dänische Unternehmen Danfoss, welches auf die Herstellung von Heiz- und Kühlsystemen spezialisiert ist, hat gestern sein erstes 3D-Druck-Zentrum eröffnet, dem zwei weitere in Asien und Nordamerika folgen sollen.

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