3D打印散熱器中的微通道學(xué)問

魔猴君  行業(yè)資訊   2117天前

打印微通道散熱器方面，曾介紹過國際上Ebullient LLC正在開發(fā)的冷卻解決方案，散熱器模塊的冷卻劑通道可以通過3D打印技術(shù)直接形成在移動(dòng)設(shè)備的電路板上。當(dāng)然，3D打印還可以直接將冷卻劑通道打印在移動(dòng)設(shè)備的處理器，存儲(chǔ)器模塊或其他電子組件上。

本期，魔猴網(wǎng)將通過兩個(gè)案例與谷友一起了解國內(nèi)3D打印微通道散熱器的情況。

根據(jù)百度百科，微通道，也稱為微通道換熱器，就是通道當(dāng)量直徑在10-1000μm的換熱器。這種換熱器的扁平管內(nèi)有數(shù)十條細(xì)微流道,在扁平管的兩端與圓形集管相聯(lián)。集管內(nèi)設(shè)置隔板,將換熱器流道分隔成數(shù)個(gè)流程。

微通道換熱器按外形尺寸可分為微型微通道換熱器和大尺度微通道換熱器。

微型微通道換熱器是為了滿足電子工業(yè)發(fā)展的需要而設(shè)計(jì)的一類結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、高效的換熱器,其結(jié)構(gòu)形式有平板錯(cuò)流式微型換熱器、燒結(jié)網(wǎng)式多孔微型換熱器。

大尺度微通道換熱器主要應(yīng)用于傳統(tǒng)的工業(yè)制冷、余熱利用、汽車空調(diào)、家用空調(diào)、熱泵熱水器等。其結(jié)構(gòu)形式有平行流管式散熱器和三維錯(cuò)流式散熱器。由于外型尺寸較大(達(dá)1.2m×4m×25.4mm[13]),微通道水力學(xué)直徑在0.6~1mm以下,故稱為大尺度微通道換熱器。

魔猴網(wǎng)了解到，目前大功率激光器的傳統(tǒng)散熱裝置一般分為直接風(fēng)冷散熱和宏通道水冷熱沉兩種，直接 風(fēng)冷散熱裝置中，空氣與散熱片之間的對(duì)流面積小，散熱效果不理想；而對(duì)于宏通道水冷熱 沉傳統(tǒng)制造方式多為機(jī)械加工、等離子刻蝕、焊接等方式，會(huì)使得通道壁面不平整、增加額 外熱阻、發(fā)生流體泄漏，導(dǎo)致大功率激光器散熱效率低、密封性和可重復(fù)性差；再者利用傳統(tǒng) 加工方式難以成形能夠滿足芯片散熱需求的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以上幾種因素大大限制了大功率激光 器的發(fā)展。

在大功率激光器的散熱方面，有企業(yè)設(shè)計(jì)了一種翅片式微通道梭形散熱器，解決了以往散熱效率低、密封性和可重復(fù)性差等問題。 采用激光3D打印成型技術(shù)保證了梭形散熱器的無失真性，使得內(nèi)部微通道壁面平整，從而可得到結(jié)構(gòu)更為優(yōu)化的微通道散熱器。除此之外，采用摻有稀土元素鎳基合金粉末，制成實(shí)體硬度及耐腐蝕性能高于傳統(tǒng)銅或鋁材，得到更長的使用壽命。

根據(jù)克蘭電子，許多電磁設(shè)備或部件在使用期間產(chǎn)生熱，并且需要冷卻以保持設(shè)備或周圍環(huán)境的溫度足夠低。某些設(shè)備(包含變壓器和電感器)包含產(chǎn)生需要消散的大量熱的載流繞組。然而，由于這些繞組通常緊密纏繞并且可能涂覆有絕緣材料，因此在內(nèi)部產(chǎn)生的熱必需橫跨數(shù)個(gè)絕緣層傳遞，傳遞通過芯體材料(其可以展現(xiàn)不良熱導(dǎo)率)或沿著繞組傳導(dǎo)路徑傳遞并傳遞到連接到設(shè)備的布線中或高壓線與總線的連接中。這些熱流路徑均不是特別有效的。

當(dāng)電磁設(shè)備在高功率電平下操作時(shí)，散熱變得越來越重要。由這些設(shè)備產(chǎn)生的高溫限制了設(shè)備可以在其下操作的功率電平。因此，此類溫度限制還可不利地影響包含電磁設(shè)備的裝備的體積和重量性能。在高環(huán)境溫度下操作的高功率比重的裝備中或者在其中需要有效冷卻的應(yīng)用中(例如在航空航天應(yīng)用中)尤其如此。已知散熱器用于冷卻電子裝備，但通常僅用于將熱從電磁設(shè)備的暴露表面去除。

克蘭電子采用3D打印技術(shù)制造散熱器元件，與傳統(tǒng)機(jī)加工工藝相比，由3D打印過程產(chǎn)生的表面粗糙度對(duì)流體產(chǎn)生更高熱傳遞速率。除此之外，在某些線性流體速度和粘度下，粗糙表面產(chǎn)生較低摩擦，因此在流體冷卻系統(tǒng)中產(chǎn)生較低壓力損失。

除此之外，3D打印散熱器元件具有比由常規(guī)方法(例如鑄造和/或釬焊)生產(chǎn)的散熱器元件高得多的比重。因此，3D打印散熱器元件中的孔隙率較少受到關(guān)注。并且，3D打印的散熱器元件的壁可以設(shè)計(jì)成比使用常規(guī)方法制造的散熱器元件的壁更薄，并且3D打印的散熱器元件更緊湊，更小巧。根據(jù)魔猴網(wǎng)的市場研究，3D打印的散熱器元件的冷卻通道可以與其它部件進(jìn)行冷卻的微通道散熱器串聯(lián)連接在一起，節(jié)約了部件數(shù)量避免了焊接的需要。

來源：中國3D打印網(wǎng)