清涼一夏，是時(shí)候給你的CPU 3D打印一個(gè)散熱片了！

來(lái)自美國和愛(ài)爾蘭的學(xué)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(lián)合會(huì )會(huì )議上，討論的主題以使用3D打印設計創(chuàng )新散熱器。隨著(zhù)個(gè)人電子產(chǎn)品需求的不斷增長(cháng)，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(lèi)的地方過(guò)熱。

在GE贊助的比賽中，來(lái)自亞利桑那州立大學(xué)（ASU），普渡大學(xué)，馬里蘭大學(xué)，賓夕法尼亞州立大學(xué)和都柏林三一學(xué)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(chǎn)品。“有些功能是傳統方法無(wú)法實(shí)現的。”亞利桑那州立大學(xué)機械工程博士Faizan Ejaz說(shuō)， “如果你想制造一個(gè)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(zhù)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(xué)生Faizan Ejaz，Munku Kang和Gokul Chandrasekaran設計的3D打印鋁制散熱片
   由ASU學(xué)生Faizan Ejaz，Munku Kang和Gokul Chandrasekaran設計的3D打印鋁制散熱片。照片來(lái)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(chǎn)出的金屬部件具有更廣泛的復雜幾何形狀，這是傳統CNC無(wú)法實(shí)現的。包括3D打印金屬散熱片，發(fā)動(dòng)機氣缸和油泵外殼在內的零件可以通過(guò)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(gè)大學(xué)團隊從21個(gè)團隊中脫穎而出參加決賽，他們實(shí)現了每個(gè)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(lái)自電氣部件的熱空氣能夠流動(dòng)而不會(huì )影響其效率。據該團隊稱(chēng)，這是傳統制造業(yè)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(xié)，”亞利桑那州大學(xué)物質(zhì)，運輸和能源工程學(xué)院助理教授，設計團隊負責人Beomjin Kwon解釋道。“因此，在真實(shí)的實(shí)驗中，我們沒(méi)有真正優(yōu)化的設備。但增材制造現在消除了傳統技術(shù)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(jìn)一步優(yōu)化設計。“
  

一個(gè)很酷的概念

在其他地方，普渡大學(xué)團隊使用拓撲優(yōu)化來(lái)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(huán)，在散熱器中花費更多時(shí)間。普渡大學(xué)冷卻技術(shù)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(xué)挑戰。人們想要更小的電腦和手機，但與此同時(shí)，他們需要更多的電力。這些CPU產(chǎn)生的熱量會(huì )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(xué)的相同條件下進(jìn)行了測試。