GE通過3D打印實(shí)現(xiàn)散熱裝置與電路卡共形的復(fù)雜幾何形狀

魔猴君  行業(yè)資訊   2203天前

航空電子設(shè)備的能力由系統(tǒng)的計(jì)算處理能力決定，通常，航空電子系統(tǒng)存在尺寸和重量限制，在發(fā)生諸如過熱的熱問題之前，通常情況下，處理器降低計(jì)算效率（高達(dá)80％），以避免在高環(huán)境溫度環(huán)境中過熱。如果可以更有效地從系統(tǒng)中除去熱量，則可以保持高效率的計(jì)算能力，從而提高航空電子設(shè)備的效率，所以說如何提高對(duì)電子設(shè)備的冷卻能力變得越來越關(guān)鍵。

散熱結(jié)構(gòu)一體化實(shí)現(xiàn)

目前市場(chǎng)上存在許多傳統(tǒng)的冷卻方法，例如風(fēng)扇和散熱器，主要用于從電子電路去除熱量并維持電子器件的操作溫度范圍。隨著電子設(shè)備不斷改進(jìn)技術(shù)，尺寸不斷縮小同時(shí)還增加計(jì)算能力和功能，這使得熱管理系統(tǒng)成為關(guān)鍵操作元件，而尺寸和重量方面的限制，又對(duì)冷卻能力提出的新的挑戰(zhàn)。

GE正在通過3D打印技術(shù)開發(fā)一種新的熱管理系統(tǒng)，這套熱管理系統(tǒng)包括至少一個(gè)底盤框架，該底盤框架的構(gòu)造成使的熱管理系統(tǒng)的熱擴(kuò)散阻力最小化。底盤框架包括：至少一個(gè)底盤主體，至少一個(gè)熱循環(huán)系統(tǒng)嵌入底盤體內(nèi)，底盤主體通過3D打印-3D打印技術(shù)形成。3D打印還被用來制造帶點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的夾層結(jié)構(gòu)，這些點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)提供了更大的表面積用于熱傳輸。

總體來說，GE開發(fā)的熱管理系統(tǒng)中的殼體，芯結(jié)構(gòu)通過3D打印工藝整體完成。通過3D打印技術(shù)來制造整個(gè)結(jié)構(gòu)，使得散熱裝置實(shí)現(xiàn)與電路卡共形的復(fù)雜幾何形狀。并且芯結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)沿厚度方向定向的不均勻芯。

圖片：3D打印的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)

通過應(yīng)用3D打印技術(shù)，降低了熱傳導(dǎo)路徑的熱阻，同時(shí)保持或降低了系統(tǒng)的重量。GE所開發(fā)的熱管理系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)包括重量輕、熱阻低、形狀不受限制，結(jié)構(gòu)一體化等優(yōu)點(diǎn)。在商業(yè)方面的突出優(yōu)勢(shì)包括可實(shí)現(xiàn)訂制化設(shè)計(jì)、更低的制造價(jià)格、更多的功能以及相同體積的更多熱元件。

Review

不僅僅是GE在開發(fā)新的熱管理系統(tǒng)，另外一家企業(yè)Unison Industries也正在開發(fā)一種新型的散熱器，Unison Industries開發(fā)的散熱器包括第一流體入口的第一歧管和限定第二流體入口的第二歧管。

Unison Industries所開發(fā)的這款熱交換器是設(shè)置在飛機(jī)的航空電子設(shè)備底盤中。不過其設(shè)計(jì)原理理論上可以在任何需要或利用熱交換器或?qū)α鳠醾鬟f的環(huán)境中具有普遍適用性，例如在飛機(jī)的渦輪引擎內(nèi)。除此之外，還可以拓展到非飛機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，以及其他移動(dòng)應(yīng)用和非移動(dòng)工業(yè)，商業(yè)和住宅應(yīng)用。

其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵理念是通過復(fù)雜的幾何形狀提供了多達(dá)50％或更多的散熱效率。除此之外，雙曲線，分叉和相互纏繞的幾何形狀提供更大的傳熱系數(shù)，不僅改善了熱交換器的效率，同時(shí)使壓力損失最小化并改善了傳熱系數(shù)。

無疑，3D打印是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀制造的絕佳技術(shù)。熱交換器可以通過3D打印來制造，例如直接金屬激光熔融技術(shù)或直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)。通過3D打印可以快速準(zhǔn)確地制造設(shè)計(jì)中的阻擋結(jié)構(gòu)。除此之外，可以將阻塞結(jié)構(gòu)圖案化為與特定熱交換器組件所需的一樣大或小。

在飛機(jī)的熱交換器的制造方面，可以說市場(chǎng)上已經(jīng)存在不少案例。這其中包括2015年3D Systems公司與America Makes、霍尼韋爾公司、賓州創(chuàng)新材料加工中心的合作，他們與美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）簽訂了一項(xiàng)價(jià)值130萬美金的新合同，3D Systems公司的選擇性激光熔融技術(shù)將用于先進(jìn)的飛機(jī)熱交換器制造。當(dāng)時(shí)3D Systems稱這將徹底改變噴氣引擎的制造，同時(shí)還將進(jìn)一步將3D打印技術(shù)帶入換熱器市場(chǎng)，這是一個(gè)數(shù)十億美金的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。3D Systems公司不僅為美國(guó)空軍提供創(chuàng)新的、高性能熱交換器，并且將提供部分強(qiáng)度、耐壓性和性能等方面的重要數(shù)據(jù)。

而不僅僅是飛機(jī)上用的熱交換器，在電腦、移動(dòng)電子設(shè)備領(lǐng)域，根據(jù)魔猴網(wǎng)的市場(chǎng)研究，包括微軟，IBM等企業(yè)都在發(fā)力通過3D打印開發(fā)新一代的熱管理系統(tǒng)。

熱交換器將是下一個(gè)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域。而究竟3D打印將在熱交換器的產(chǎn)業(yè)化方面達(dá)到怎樣的影響力和覆蓋面，這不僅僅取決于3D打印設(shè)備，材料的價(jià)格，還取決于工藝質(zhì)量是否能夠達(dá)到一致可控，以及標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證的完善，而最重要的是如何從設(shè)計(jì)端得到以產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)為導(dǎo)向的正向設(shè)計(jì)突破。

來源：中國(guó)3D打印網(wǎng)