为小型电子设备设计散热器时，需要考虑平衡设计，散热器必须尽可能小巧轻便，同时还必须具有强大的散热能力。当传统设计散热器过于笨重时，可以使用热导率拓扑优化来创建轻便高性能散热器，并尽可能减少冷却功耗。拓扑优化的目标是找到散热器的最优设计，较大程度改善热性能与减小压降。经拓扑优化设计的散热器往往具有复杂几何形状的内外部结构，它们不适应于传统的散热器制造手段，例如挤出，冲压，机加工，锻压或精密切削铲齿等。
传统冲压散热器鳍片
拓扑优化设计散热器的珊瑚状鳍片（图片来源：Fraunhofer IAPT）拓扑优化寻求在受限制的空间大小内尽可能将散热表面积和散热性能最大化，最大限度的降低主动散热组件如风扇的要求。拓扑优化经常给散热器带来难以实现的复杂几何形状或传统加工手段不可能制造的过程。然而，在增材制造领域的选择性激光熔化技术（SLM），采取加工件截面切片程序处理技术并层叠熔化金属的方法，完全能够满足异形、一体化、微通道及复杂鳍片构造等拓扑优化金属散热器的加工制造。
采用选择性激光熔化3D打印增材制造技术，生产拓扑优化散热器（图片来源：Fraunhofer IAPT）
为保证选择性激光熔化（SLM）增材制造在散热器生产过程的精确度，Fraunhofer IAPT团队使用COMSOLMultiphysics®软件对散热器结构进行仿真优化，并保证散热器鳍片的最小壁厚能够满足激光直径的限制。
COMSOLMultiphysics®软件能对散热器设计数值进行模拟，可以分别执行参数优化和拓扑优化，Fraunhofer IAPT团队发现COMSOL Multiphysics®软件能将散热器的设计性能提高4倍。
如下图所示，左侧执行参数优化，产生了许多大小均匀且间隔一定的鳍片；而右侧拓扑优化的鳍片具有像珊瑚一样的结构，随着鳍片向外延伸，其宽度逐渐减小。
分别执行参数优化和拓扑优化的散热器鳍片结构（图片来源：Fraunhofer IAPT）
不断提升的集成电路功耗，会产生过多热量，而在5G时代人们对计算能力的要求不断提升，电子设备的高效散热与性能之间的矛盾将不断加剧。降低电子设备散热能耗的呼声日高，对散热器的高效优化设计提出了挑战。拓扑优化为散热器的高效设计提供了富有潜力的技术路径，而3D打印增材制造技术凭借其独特优势在散热器制造领域被越来越多的企业及研究机构关注。
Markforged 展示用纯铜丝在Metal X 3D打印机上制造的散热器
信息来源：Fraunhofer IAPT/Markforged 等，仅供行业交流！
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