谷研究 l 仿生学还是建筑学?看3D打印微通道散热器

国内3D打印微通道散热器,3D科学谷介绍了在大功率激光器的散热方面,成都三鼎日新激光科技设计了一种翅片式微通道梭形散热器,解决了以往散热效率低、密封性和可靠性差等问题。

根据3D科学谷的市场研究,成都电子科技大学开发了基于3D批量打印的微通道冷板、散热器及装置,可适用于热源范围较大、热源分布不均的散热需求。而大连理工大学开发了含流道的金字塔微桁架夹芯板式散热器,提高了散热器的散热效率,并提高了承载能力、抗缺陷能力和抗冲击防护能力。

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block 仿生学的应用

为了满足对普通热源和分散热源散热的需求,电子科技大学提出了四种结构的通道结构,从而可根据不同的散热需求采用不同的通道结构进行组合使用。在板体上微通道组件的通道结构采用波壁流道模型、分形模型、针刺形模型、蜂窝形模型中的一种或多种。

Heat Exchang_2波壁流道模型包括多组横截面为波浪形的波壁板,多组波壁板沿微通道组件的长度或宽度方向均匀分布,并在相邻两组波壁板之间、波壁板与模型内壁之间形成换热通道;

分形模型包括以阵列方式均布的多组锥台,并在相邻两组锥台之间、锥台与模型内壁之间形成换热通道;

针刺形模型包括沿微通道组件的长度或宽度方向均匀分布的多组大刺针,相邻两组大刺针的小径段之间设置有中刺针,中刺针的小径段与大刺针的小径段之间设置有小刺针,并在相邻两大刺针之间、大刺针与中刺针之间、中刺针与小刺针之间、以及大刺针、中刺针和小刺针与模型内壁之间形成换热通道;

蜂窝形模型包括多组横截面为正六边形的六棱柱,多组六棱柱以阵列的方式均匀分布在模型内壁内,并在相邻两六棱柱之间、六棱柱与模型内壁之间形成换热通道。

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可以通过3D打印在板体的背面上开设灌注孔,通过向灌注孔内灌注高导热材料,提高散热器的散热效率。还可以根据不同的散热需求采用不同的通道结构进行组合使用,例如采用波壁流道模型、分形模型、针刺形模型、蜂窝形模型中的一种或多种。

block 建筑学的应用

如果说成都电子大学将仿生学用到了3D打印散热器的应用领域,那么另外一所高校,大连理工大学则是将建筑学知识用到了3D打印微通道的应用领域。

随着航空航天技术的快速发展,飞行器独特的力学环境和性能要求对材料与结构设计提出了新的要求:结构的轻质化和多功能集成。传统的设计方案通常是将结构系统与功能系统分开考虑,即一部分材料用来满足结构的强度、刚度等力学性能的要求,另一部分材料则用来满足隔热、隔振或电子屏蔽等要求。这将产生大量的与电子设备有关的机箱、电缆、封装等结构支撑或者与连接器相关的寄生质量,大大提高了飞机设计的整体重量系数。如果要减小这部分重量及体积,则需要依靠对承力部件进行多功能集成一体化设计。

大连理工大学所应用的微桁架单胞由两个金字塔型点阵单胞顶部相接而成,金字塔型点阵单胞是由四根横截面呈圆形的杆件构成的金字塔型结构,相邻所述微桁架单胞之间通过所述杆件连接。

Heat Exchang_4

根据3D科学谷的市场研究,大连理工大学开发了含流道的金字塔微桁架夹芯板式承载与热防护一体化结构。提高了散热器的承载能力、抗缺陷能力和抗冲击防护能力。采用流道布置于近热源处,进一步提升散热效果,通过调节冷却液流速,可以高效地控制下面板的温度在一个合适的范围内,更有利于控制密封性,减少流体用量以降低结构整体重量系数,可通过调整各部分尺寸获得最佳性能。

参考资料: CN108759533A,CN105667837A

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