3D打印与高性能几何结构结合，推动下一代电子散热器制造

在计算机、智能手机等电子设备中存在大量的集成电路，高温是集成电路的“敌人”，会导致系统运行不稳，使用寿命缩短，甚至有可能使某些部件烧毁。这些电子设备中的散热器起到了将热量传递出去，调节设备温度的作用。因此散热器对设备长效稳定运行起到了关键的作用。以计算机为例，随着人们对于计算能力要求的提高，对设备散热性能的要求也随之提升，而这对散热器设计优化提出了挑战，其中显著的挑战是在给定体积中将散热表面积和散热性能最大化。

增材制造技术，特别是金属3D打印技术在散热器制造中的应用，为散热器设计优化带来了更高自由度，3D打印用于散热器或热交换器的制造满足了产品趋向紧凑型、高效性、模块化、多材料的发展趋势，特别是用于异形、结构一体化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分复杂的形状、点阵结构等加工，3D打印具有传统制造技术不具备的优势。

今天我们分享一个面向增材制造的散热器设计探索与分析案例，该案例体现了3D打印散热器与传统散热器相比在设计与性能方面的优势。 

高性能复杂几何结构

散热器/热交换器传递热量的方式有三种：传导-通过直接接触传递热能；对流-通过流体的实际运动传递热；辐射-借助电磁波传递能量。在这个案例中，仅考虑使用传导和对流的散热方式。 

热量传递的三种方式：1. 传导；2.对流；3.辐射

在此案例中，nTopology 公司的设计师通过nTop Platform 软件定义了一个用于生成散热器的体积，这些散热器将实现表面积最大化，同时实现质量最小化。

3D打印的三重周期性最小表面电子散热器

设计师使用了三重周期性最小表面（TPMS），对于结构应用而言，该设计显示出高强度重量比。该设计如果与增材制造技术结合使用，将使设计师能够创建兼具高强度和散热特性的多功能结构。

具有不同周期性和厚度的三种TPMS结构

nTopology 对Gyroids（螺旋），Schwarz基元和Lidinoids 这三类TPMS结构进行了研究与评估，其中每种类型的结构都是正弦和余弦的线性组合，而这些组合会在三维空间中形成周期性的波形几何形状。就像二维波形一样，设计的可能性可以通过改变这些方程式的幅度和周期来实现，通过将这些设计输入与实验设计（DOE）方法结合起来，可以准确地评估这些组件的性能。

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