谷研究 l 看雷神公司通过3D打印开发的散热器有哪些性能提升？
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根据3D科学谷的市场研究，与典型的金属散热器相比，相变材料的散热器能够增加每体积/质量的热容量。通常要制造相变材料的散热器，除了钎焊内部金属材料（例如泡沫铝）之外，密封过程还需要两个金属壳的钎焊。不仅如此，钎焊操作昂贵并且带来了潜在的泄漏可能。
3D科学谷最近发现，美国的大型国防合约商雷神公司正在开发通过3D打印增材制造的方法来实现相变材料（PCM）散热器的制造。
成本更低且更坚固
这款散热器的基本结构包括下壳、上壳和内部矩阵。通过增材制造技术将下壳，上壳和内部矩阵结构做为单一组件制造出来。内部矩阵被设计成放置相变材料的空间。
根据3D科学谷的了解，增材制造工艺使得单个部件集成在一起制造出来。结果是通过3D打印的散热器的制造成本较低并且比传统的散热器更坚固。不仅如此，其内部矩阵可以具有更复杂的设计，以解决诸如高功率密度部件散热的特定问题。
图：散热器壳
图：相变材料剖面图
图：矩阵部分
雷神公司所设计的内部矩阵可以具有任何类型的三维形状，包括非对称/或非矩阵的设计。这种可定制的复杂设计，是传统加工技术所无法实现的。而这样的散热器的应用场景很多，可以应用到商业电子设备或需要管理热能的任何其他合适的应用中。
导热材料（例如销或板）的横截面可以是不变的或根据增材制造技术所实现的矩阵形状而变化，不如说可以是沙漏形的销或板。再或者，每个销或板可以独立设计，每个都具有任何所需的形状。因此导热材料可以是包括任何合适的简单或复杂的三维形状，包括传统加工技术不可能实现的曲率形状。
3D科学谷Review
根据3D科学谷的市场研究，3D打印在散热器的制造方面当前主要存在几种思路：一种是文中所提到的替代钎焊并结合相变材料的使用，一种是实现十分复杂的几何形状。实现十分复杂的几何形状方面例如双曲线交叉缠绕的应用，当然更为典型的是点阵结构的应用。
就在前不久，3D科学谷还发表了一篇有关于Unison Industries正在开发的一种新型散热器的文章，这是一种形状十分复杂的散热器，其设计的核心理念是通过复杂的几何形状提供了多达50％或更多的散热效率。此外，双曲线，分叉和相互缠绕的几何形状提供更大的传热系数，不仅改善了热交换器的效率，同时使压力损失最小化并改善了传热系数。
根据3D科学谷的市场观察，不少公司进行了通过点阵结构进行散热的商业化努力，其中包括HiETA Technologies与Delta Motorsport合作设计和制造的用于微型燃气涡轮系统的并流换热器。
另外一家典型的公司是Conflux，这家公司正在使用粉末床熔融金属3D打印技术制造创新型汽车热交换器。他们开发了一种新型高效热交换器ConfluxCore。其中一个典型的设计在不增加体积的情况下，增加了表面积，与此同时，3D打印部件的压降减少了三分之二，交换器的尺寸减小了55毫米，重量减轻了22％。这种功能集成化的设计，还减少了热交换器所需的部件和对焊接的需求。
此前，菲亚特克莱斯勒(FCA汽车集团）还与McMaster大学建立了一项合作，目标是设计一种新的铝制汽车散热器，这个项目的重点就在于应用点阵结构的组合，这些结构带来良好的对流热交换性能，并且可以实现可观的减重结果。这个项目开发的带有点阵结构的3D打印散热器，比FCA集团生产的汽车中使用的汽车散热器更轻，并且还可以保证其性能。
3D科学谷在《3D打印产业化机遇与挑战白皮书》中提到热交换器将是下一个产业化领域。而究竟3D打印将在热交换器的产业化方面达到怎样的影响力和覆盖面，这不仅仅取决于3D打印设备，材料的价格，还取决于工艺质量是否能够达到一致可控，以及标准与认证的完善，而最重要的是如何从设计端获得以产品功能实现为导向的正向设计突破。
参考资料：US10123456B2phase change material heat sink using additive manufacturing and method
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