來自美國和愛爾蘭的學者最近聚集在內華達州拉斯維加斯舉行的第18屆電子系統熱和熱機械現象聯合會會議上，討論的主題以使用3D打印設計創新散熱器。隨著個人電子產品需求的不斷增長，散熱器設計變得更加重要。這是由于其能夠調節電子設備的溫度，防止在諸如計算機處理器之類的地方過熱。

在GE贊助的比賽中，來自亞利桑那州立大學（ASU），普渡大學，馬里蘭大學，賓夕法尼亞州立大學和都柏林三一學院的團隊共有五位決賽選手展示其新穎的3D打印金屬散熱片，能有效冷卻電子產品。“有些功能是傳統方法無法實現的。”亞利桑那州立大學機械工程博士Faizan Ejaz說， “如果你想制造一個圓柱形蜂窩結構，你不能制造它而不需要其他昂貴的后處理步驟。隨著增材制造的出現，現在我們可以獲得制造非常復雜的幾何形狀。“


由ASU學生Faizan Ejaz，Munku Kang和Gokul Chandrasekaran設計的3D打印鋁制散熱片
   由ASU學生Faizan Ejaz，Munku Kang和Gokul Chandrasekaran設計的3D打印鋁制散熱片。照片來自Beomjin Kwon / ASU。



3D打印散熱片

激光粉末床熔合（LPBF）等增材制造工藝生產出的金屬部件具有更廣泛的復雜幾何形狀，這是傳統CNC無法實現的。包括3D打印金屬散熱片，發動機氣缸和油泵外殼在內的零件可以通過LPBF以成本和材料的一小部分制造。使用GE Concept Laser M2 cusing系統，5個大學團隊從21個團隊中脫穎而出參加決賽，他們實現了每個設計理念，都能獲得最佳散熱效果。 ASU團隊允許散熱器上的更大表面積使得來自電氣部件的熱空氣能夠流動而不會影響其效率。據該團隊稱，這是傳統制造業中普遍存在的設計限制。

“在許多情況下，我們必須在制造約束和設備性能之間做出妥協，”亞利桑那州大學物質，運輸和能源工程學院助理教授，設計團隊負責人Beomjin Kwon解釋道。“因此，在真實的實驗中，我們沒有真正優化的設備。但增材制造現在消除了傳統技術強加的許多設計限制。與傳統的傳熱設備相比，我們可以考慮進一步優化設計。“
  

一個很酷的概念

在其他地方，普渡大學團隊使用拓撲優化來找到散熱器設計的給定尺寸中的最佳材料分布。此外，考慮到熱阻，其3D打印散熱器的最終形狀在一側具有平緩傾斜的“L”形狀，在另一側具有突出的“d”形狀。這導致氣流回升并再循環，在散熱器中花費更多時間。普渡大學冷卻技術研究中心（CTRC）的博士生Serdar Ozguc表示，“今天的電子元件存在巨大的熱學挑戰。人們想要更小的電腦和手機，但與此同時，他們需要更多的電力。這些CPU產生的熱量會影響性能，因此我們必須找到一種安全有效地散熱的方法。”

參與本次比賽的所有團隊都受到相同尺寸和鋁材料的限制。此外，所有3D打印的散熱器都在俄勒岡州立大學的相同條件下進行了測試。