Les bénéfices de l'impression 3D dans le froid et le conditionnement d'air

Les différentes applications de l'impression 3D dans le domaine du froid et du conditionnement d'air mettent en évidence d'énormes avantages potentiels en termes d'efficacité énergétique et de minimisation des coûts.

La fabrication additive, également connue sous le nom d'impression 3D, est une approche transformatrice de la production industrielle qui permet de créer des pièces et des systèmes plus légers et plus résistants. Il s'agit d'une autre percée technologique rendue possible par le passage des procédés analogiques aux procédés numériques.1

 

La fabrication additive utilise des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) ou des scanners d'objets en 3D pour guider le matériau à déposer, couche par couche, selon des formes géométriques précises.1

 

Le terme "fabrication additive" fait référence aux technologies qui permettent aux objets tridimensionnels d’être formés par empilement de couches successives. Chaque couche successive se lie à la couche précédente de matériau fondu ou partiellement fondu. Différentes substances peuvent être utilisées pour la stratification des matériaux, notamment la poudre de métal, les thermoplastiques, les céramiques, les matériaux composites, le verre et même les produits comestibles tels que le chocolat.1

 

Les objets sont définis numériquement par un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) qui est utilisé pour créer des fichiers .stl (stéréolithographie) qui "découpent" essentiellement l'objet en couches ultra-minces. Ces informations guident le parcours d'une buse ou d'une tête d'impression qui dépose précisément le matériau sur la couche précédente. Ou encore, un faisceau laser ou électronique fond de manière sélective ou partielle dans un lit de matériau en poudre. Lorsque les matériaux refroidissent ou durcissent, ils fusionnent ensemble pour former un objet tridimensionnel.1

 

Une jeune entreprise allemande appelée re-generate travaille avec des chercheurs et des partenaires industriels pour introduire la fabrication additive dans l'industrie du CVC et du froid. L'objectif initial est de susciter l'intérêt du marché pour des échangeurs de chaleur plus compacts et plus légers, imprimés en 3D.2

 

L'entreprise estime que ce procédé de fabrication peut permettre d'accélérer les cycles d'innovation grâce à la production immédiate de prototypes, de réaliser des économies en réduisant le besoin d'outils traditionnels complexes et de réduire l'empreinte carbone en réutilisant les matériaux et en utilisant une production décentralisée. Nina Masson, fondatrice et PDG de re-generate, a déclaré :   « Nous croyons en une technologie efficace, une meilleure conception et une empreinte environnementale plus faible dans les futures solutions de CVC et de froid ». Elle a ajouté :  « L'impression en 3D aide nos partenaires à mettre en place une activité de chauffage et de refroidissement plus intelligente, tout en assurant des résultats dans ces trois domaines  ».2

 

L'un des avantages de l'impression 3D, par rapport aux méthodes traditionnelles de moulage et de coulage, est qu'une plus grande variété de matériaux peut être utilisée, notamment les métaux, les céramiques, la silice et les plastiques, ce qui augmente les domaines d'application potentiels. 2

 

Dans le cas des petits échangeurs de chaleur imprimés en 3D, leurs applications potentielles sont actuellement envisagées pour toute installation où l'espace est limité et où une flexibilité spatiale est nécessaire. Les applications proposées actuellement comprennent le conditionnement d'air résidentiel et mobile, les pompes à chaleur et toute application où des échangeurs de chaleur à micro-canaux sont utilisés aujourd'hui. 2

 

Dans un projet précédent, des scientifiques de l'Institut Fraunhofer auraient prouvé que la technologie d'impression en 3D peut réduire la taille des échangeurs de chaleur tout en augmentant leur efficacité. Ils affirment avoir amélioré la compacité des échangeurs de chaleur imprimés en 3D de plus de 50 % par rapport aux échangeurs de chaleur de référence, et ainsi augmenté l'efficacité par volume de 46 % à 126 %. Dans leur projet, l'eau a été modélisée comme medium de refroidissement.

 

En outre, l'université du Maryland aux États-Unis, avec ses partenaires 3D Systems et le ministère américain de l'énergie, a conçu un prototype d'échangeur de chaleur qui serait 20 % plus léger et 20 % plus efficace que les échangeurs de chaleur actuellement utilisés.3

 

Ce prototype est destiné à être utilisé dans les unités de conditionnement d'air. Les couches microscopiques de l'impression 3D permettent à l'échangeur de chaleur d'inclure des parois de 200 micromètres d'épaisseur qui sont encore capables de résister à des pressions très élevées. Cela le rend à la fois plus léger et plus efficace, et peut élargir la gamme de matériaux qui pourraient être utilisés pour fabriquer des échangeurs de chaleur.3

 

La plupart des échangeurs de chaleur sont fabriqués en métal car le métal est solide et hautement conducteur, ce qui facilite le transfert de chaleur. L'échangeur de chaleur imprimé en 3D est construit à l'aide d'un procédé d'impression continu qui produit un objet solide sans soudure qui ne fuira pas. Cela permet de prolonger la durée de vie de l'échangeur de chaleur ainsi que de toutes les autres parties du climatiseur. Cela réduit également le risque d'encrassement. L'encrassement se produit lorsqu'un matériau externe génère des dépôts dans les passages de l'échangeur de chaleur et interfère avec la circulation de l'air ou des liquides.3

 

La technologie semble très prometteuse, mais la question demeure de savoir si, malgré son coût actuel élevé, elle pourra réellement faire partie du processus de développement et de fabrication des équipements de CVC et froid.

 

Sources:

 

(1) https://www.ge.com/additive/additive-manufacturing

(2) https://ammonia21.com/articles/9415/introducing_3d_printing_to_hvacand_r

(3) https://www.primexvents.com/3d-printing-brings-new-dimension-innovation-hvac/