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中国汽车热交换器市场与3D打印制造潜力

国际金属加工网 2022年08月30日

3D打印技术参考查询华经产业研究院发布的相关资料发现,2015-2019年,全球热交换器市场规模由590亿美元增长至648亿美元,2020年约为664亿美元,同比增长2.47%,预计到2023年将超过700亿美元。中国热交换器行业销售收入稳中有升,由2015年的771亿元提升至2020年的1318亿元,期间年均复合增长率为11.32%。

汽车热交换器用于在彼此热接触的两种不同温度的介质之间传递热量。例如,在内燃机中,发动机冷却液以圆周运动方式流过散热器线圈,空气流过这些线圈以冷却发动机。汽车行业是热交换器应用的重要领域,到2014年底,汽车板块在全球换热器市场的份额已超过25%。

中国汽车热交换器市场概况

根据The business research company给出的数据,全球汽车热交换器市场规模预计将从2021年的217.5亿美元增长到2022 年的241亿美元,复合年增长率为10.8%。预计到2026年,全球汽车热交换器市场规模将增长至320.5亿美元,复合年增长率为7.4%。Mordor Intelligence日前发布的《汽车热交换器市场——增长、趋势、COVID-19影响和预测(2022-2027年)》的研究报告指出,预计全球汽车热交换器市场在2020-2025年的复合年增长率将超过6%,而中国汽车热交换器市场的复合年增长率约为8.73%,中国汽车热交换器市场正在快速增长。

自2000年代初以来,中国的市场份额显著增加,如今在亚洲汽车热交换器市场占有率最高,超过50%。预计乘用车和轻型商用车的需求将在预测期内增长,从而导致中国对汽车热交换器的高需求。

对减轻汽车重量的需求不断增加,使得原始设备制造商用塑料和铝等较轻的材料代替铁和钢等较重的材料。汽车热交换器市场也遵循这一趋势。此外,以前的换热器设计和结构会引起腐蚀、分解、污泥沉降,灰尘颗粒会导致结垢,从而导致传热减少和效率降低,从而导致更高的燃料消耗。

Mordor Intelligence专门发布了关于中国汽车热交换器市场的分析研究报告,内容涵盖了当前和即将到来的趋势以及最近的技术发展。该报告按应用、设计、车辆和动力总成类型对市场的各个领域进行了详细分析。报告提供了中国市场主要汽车热交换器制造商的市场份额。

新能源汽车销量增长提振需求

预计电动汽车的销售和生产将进一步出现惊人的增长速度,许多国家都在努力实现零排放标准,并通过减少生产燃油车来降低燃料消耗导致的废气和温室气体排放。中国等发展中国家也决定通过增加电动汽车的数量来应对环境污染问题。

为了实现这一目标,中国政府为选择电动汽车的客户提供了许多激励措施。电动汽车的消费者有望获得额外的福利,如价格补贴、免费停车、免税等。相比之下,购买普通汽车要被征收重税。随着监管机构出台进一步的鼓励措施以及电动汽车的发展,预计新能源汽车在中国的销量将进一步增长。

混合动力汽车热交换器示例

该地区严格的排放标准使其能够在生产节能汽车热交换器方面取得技术突破。市场上出现的一种流行趋势是汽车发动机尺寸的缩小,导致对两缸和三缸发动机的需求增加。随着排放标准的日益严格(因为车辆重量与排放量成正比),预计四缸发动机的销量将大幅下降。小型汽车需求的增加将带动对涡轮增压器的需求,这将再次推动对换热器的需求,从而带动国内汽车换热器市场的增长。

乘用车和轻型商用车的需求驱动增长

预计中国对乘用车和轻型商用车的需求将在预测期内增长,从而导致中国对汽车热交换器装置的需求很高。2011年的资料显示中国汽车热交换器生产制造商已经达到600家左右。过去三年,该地区乘用车渗透率的提高推动了汽车售后市场的增长。它极大地促进了亚太汽车热交换器市场的增长。

中国换热器市场整体呈现高工业增长率,主要是由于换热器应用多样化,对换热器的需求不断增加。汽车热交换器的需求取决于几个因素,例如汽车的生产和需求以及目前的车辆保有量。在中国等新兴和发展中国家,对汽车热交换器的需求受到新车生产的推动。此外,中国地区的汽车热交换器制造商已开始大力投资轻量化汽车材料(如铝),预计将显著提升该地区对汽车热交换器的需求。

商用车热交换器示例

中国的大多数汽车制造商都致力于在零部件生产中使用铝作为轻质材料,排放标准的修订预计将增加热交换器的使用。此外,当在汽车热交换器中进行轻量化结构设计时,将进一步增加制造汽车热交换器的制造成本。尽管在满足日益增加的产品复杂性的同时管理成本对于汽车热交换器供应商来说是一项重大挑战。

3D打印成为制造高效新型热交换器的利器

3D打印技术的进步改变了热交换器的制造方式。传统制造路线无法实现的复杂、自由设计,可以通过3D打印轻松实现。热交换效率的提高以及重量、体积、制造成本的降低是3D打印可以提供的其他优势。美国电子系统热力学学会组委会还曾发起基于增材制造新技术的大学生热交换器设计挑战赛,并获得了GE赞助。

与传统的热交换器设计思路不同,CAD建模软件通常不会考虑3D打印建模的特殊性和优势,如今依靠算法和AI的新型结构设计方法正在热交换器领域大放异彩。以美国nTopology、德国Hyperganic以及澳大利亚Conflux为代表的专注于增材制造结构设计的新企业,将CAD建模推向了智能化,通过向算法中输入相关特征,计算机会根据这些特性用人工智能的方式输出产品设计,并对生成的设计进行高速迭代,形成成千上万个设计模型,最终通过打印测试或计算机仿真模拟的方式来确定最优化的产品设计。这种衍生设计的方式配合3D打印自由制造的特点,让产品性能更加强大。

Conflux设计和3D打印的高效热交换器

这种新型高效的设计方法已经受到了广泛关注。上述企业因此获得了大量融资。需要特别强调的是,Conflux的首席执行官兼创始人迈克尔·富勒在此前担任了15年的F1赛车工程师15年,于2015年创立了这家公司。根据3D打印技术参考查询到的最新的商业案例,GKN已经宣布与Conflux联手开发3D打印热交换器,前者是宝马、大众等大型汽车公司的重要供应商。

与传统批量生产方法相比,3D打印所涉及的工艺参数优化、表面粗糙度控制、支撑结构去除、后处理要求、兼容原材料和成本竞争力一直争议不断。但尽管存在挑战,采用该技术已经成功实现了金属、聚合物和陶瓷材料的热交换器制造。

3D打印的高效热交换器

3D打印技术参考曾重点分析过粗糙表面、微通道、表面积和晶格结构等因素对3D打印热交换器的性能影响。当前的研究发现,金属3D打印的表面粗糙度是影响热交换器性能的关键考虑因素;与预期设计相比,制造尺寸的偏差也非常显著,特别是当尺寸接近制造极限时。随着3D打印技术在最终产品表面质量、尺寸精度和实现更小尺寸精度方面的不断提高,热交换器的换热性能可能进一步提高。

(3D打印技术参考)

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