Additiv gefertigte Wärmetauscher

Additive Fertigung bietet neue Möglichkeiten bei der Herstellung von Wärmetauschern, insbesondere dort, wo konventionelle Fertigungsverfahren an geometrische oder fertigungstechnische Grenzen stoßen. Durch den schichtweisen Aufbau lassen sich komplexe Kühlkanäle, organische Strukturen und kompakte Bauformen realisieren, die eine optimierte Wärmeübertragung ermöglichen.

Was sind Wärmetauscher?

Wärmetauscher sind unverzichtbare Komponenten, wenn es darum geht, thermische Energie zwischen zwei Medien zu übertragen. Ob in der Industrie, Klimatechnik oder Automobilbranche – sie sorgen für eine effiziente Nutzung von Energie, regulieren Prozesse und ermöglichen das gezielte Kühlen oder Erwärmen von Systemen.

Konventionelle Fertigung – bewährt, aber eingeschränkt

Traditionell werden Wärmetauscher aus Metall gefertigt – mittels Verfahren wie Fräsen, Schweißen, Löten oder Biegen. Diese Methoden bieten solide Ergebnisse, sind aber oft zeitaufwendig und kostspielig. Vor allem bei besonders komplexen internen Strukturen, die für eine optimale Wärmeübertragung entscheidend sind, geraten konventionelle Herstellungsverfahren schnell an ihre Grenzen.

Moderne Fertigungstechniken wie der 3D-Druck eröffnen neue Möglichkeiten, um Wärmetauscher mit innovativen, hochoptimierten Geometrien zu produzieren und die Effizienz weiter zu steigern.

Geeignete Materalien für 3D-gedruckte Wärmetauscher

Die Auswahl des geeigneten Metalls hängt stark von den Anforderungen an Wärmeleitung, Gewicht, Bearbeitbarkeit und Korrosionsverhalten ab. Kupfer und Aluminium sind beide für die additive Fertigung geeignet, unterscheiden sich jedoch deutlich in ihren physikalischen Eigenschaften.

Kupfer

Kupfer besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und ist daher ideal für Anwendungen, bei denen maximale Wärmeübertragung vom Vordergrund steht.

Eigenschaften:

• Wärmeleitfähigkeit: ca. 300-380W/mK
• Dichte: ~8,9g/cm³
• Elektrische Leitfähigkeit: sehr hoch
• Korrosionsbeständigkeit: gut, abhängig vom Medium
• Festigkeit: moderat, mechanisch nachbehandelbar

Aluminium

Aluminiumlegierungen bieten ein gutes Gleichgewicht aus mechanischer Belastbarkeit, Gewicht und Wärmeleitfähigkeit und lassen sich sehr gut additiv fertigen.

Eigenschaften:

• Wärmeleitfähigkeit: ca. 120-150W/mK
• Dichte: ~2,7g/cm³
• Elektrische Leitfähigkeit: mittel
• Korrosionsbeständigkeit: sehr gut
• Festigkeit: gut, besonders nach Wärmebehandlung

Typische Anwendungsgebiete 

Elektromobilität

In Elektrofahrzeugen müssen Batterien, Leistungselektronik und Elektromotoren effizient gekühlt werden. Additive Fertigung erlaubt die Herstellung von anwendungsspezifischen Kühlkörpern mit integrierten Flusskanälen und optimierter Wärmeübertragung bei minimalem Bauraum.

Industrie und Maschinenbau

In der industriellen Fertigung, insbesondere bei Hochleistungsmaschinen, Lasersystemen oder Umrichtern, sind zuverlässige Kühllösungen entscheidend. 3D-gedruckte Wärmetauscher lassen sich exakt an Prozessanforderungen anpassen und bieten hohe thermische Effizienz bei kompakter Bauweise.

Medizintechnik

Für bildgebende Verfahren, Lasergeräte oder tragbare Diagnosesysteme sind kleine, leistungsfähige Kühleinheiten erforderlich. Durch additive Fertigung können auch kleine Stückzahlen wirtschaftlich realisiert werden, häufig mit funktionsintegrierten Gehäusen.

Leistungselektronik

In der Stromversorgung, bei Frequenzumrichtern oder in Rechenzentren werden Wärmetauscher benötigt, die exakt auf die elektrischen Komponenten abgestimmt sind. Additive Fertigung ermöglicht eine direkte Anpassung an die jeweilige Bauform und Wärmequelle.

Was sind die Vorteile von 3D-gedruckten Wärmetauschern?

• Höhere Thermische Effizienz
  Optimierte Geometrien, z.B. komplexe Kanalsysteme sorgen für eine verbesserte Wärmeübertragung
• Designfreiheit ohne Grenzen
  Organische Formen, Gitterstrukturen und innenliegende Kühlkanäle - realisierbar nur durch additive Fertigung
• Kompakte Bauweise
  Reduktion von Gewicht und Volumen ohne Einbußen bei der Performance - ideal für Anwendungen mit engen Einbauräumen
• Schnellere Produktentwicklung
  Kurze Durchlaufzeiten von der Idee bis zum funktionalen Prototypen oder Serienteil