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綠激光3D打印純銅散熱器,希禾增材漫格科技聯(lián)合推出國產(chǎn)化解決方案

時(shí)間:2025-06-19 10:47 來源:南極熊 作者:admin 閱讀:

       導(dǎo)讀:隨著手機(jī)、電腦、電動(dòng)汽車等設(shè)備不斷向小型化和高性能方向發(fā)展,“發(fā)熱”問題日益突出。元器件越做越密,散熱空間越來越小,傳統(tǒng)散熱方式已難以滿足高熱流密度與緊湊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需求。為破解這一難題,3D打印純銅散熱器憑借卓越的導(dǎo)熱性能、靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高效的制造效率,已在多領(lǐng)域落地,并不斷擴(kuò)展應(yīng)用場景。
       當(dāng)前,純銅3D打印的技術(shù)瓶頸被國產(chǎn)制造力量持續(xù)突破。希禾增材(ADDIREEN)依托自主研發(fā)的高功率綠光激光器,成功解決純銅打印過程中“高反射率、高熱導(dǎo)率、易氧化”等難題,實(shí)現(xiàn)了高精度與高致密度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造。希禾增材&漫格科技聯(lián)合推出的國產(chǎn)化解決方案,為消費(fèi)電子、新能源汽車、航空航天等領(lǐng)域的散熱升級(jí)提供了全新路徑,成為解決散熱難題的創(chuàng)新選擇。
3D打印散熱器的典型應(yīng)用場景   
電子設(shè)備散熱——高效冷卻,節(jié)省空間
     隨著計(jì)算能力持續(xù)提升,計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等電子設(shè)備對(duì)散熱的需求急劇增加。3D打印技術(shù)能夠優(yōu)化散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在確保冷卻性能的同時(shí)節(jié)省空間。例如,用于CPU的3D打印散熱器不僅更輕量,也實(shí)現(xiàn)了更高的散熱效率。
電動(dòng)汽車——保障電池與電機(jī)系統(tǒng)安全
電動(dòng)汽車的電池和電機(jī)系統(tǒng)需要高效的熱管理方案以確保性能和安全。3D打印散熱器以其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能與靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),有效提升了散熱效率與結(jié)構(gòu)集成度,成為電動(dòng)汽車熱管理的理想選擇。
航空航天——輕量化與高性能并重
在航空航天領(lǐng)域,散熱器的輕量化和高性能直接影響飛行器的可靠性與效率。3D打印散熱器可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造難以加工的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu),顯著提升散熱效率。
數(shù)據(jù)中心與高端計(jì)算——應(yīng)對(duì)高熱量挑戰(zhàn)
     數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)長期運(yùn)行下會(huì)產(chǎn)生大量熱量對(duì)散熱提出極高要求。3D打印散熱器能夠提供更加高效結(jié)構(gòu)緊湊的冷卻方案,保障設(shè)備在高負(fù)載條件下穩(wěn)定運(yùn)行助力高性能計(jì)算持續(xù)發(fā)展。3D打印散熱器可針對(duì)流動(dòng)性、熱傳導(dǎo)效率和緊湊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需求進(jìn)行優(yōu)化,有效解決了傳統(tǒng)制造在復(fù)雜幾何加工、高表面積設(shè)計(jì)等方面的難題。憑借出色的導(dǎo)熱性能與加工適應(yīng)性,3D打印純銅散熱器正逐步成為熱管理領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

 

圖1 3D打印散熱器(左)與傳統(tǒng)制造散熱器(右)內(nèi)部通道對(duì)比
(圖源:https://doi.org/10.3390/technologies11050141


技術(shù)挑戰(zhàn):TPMS結(jié)構(gòu)與純銅打印的難題   
       在3D打印純銅散熱器的設(shè)計(jì)中,人們?cè)絹碓絻A向于采用一種名為TPMS(Triply Periodic Minimal Surfaces,三周期最小曲面)結(jié)構(gòu)進(jìn)行主體填充。憑借其獨(dú)特的幾何特性,TPMS結(jié)構(gòu)不僅有助于提升散熱效率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的輕量化,成為散熱器性能優(yōu)化的重要方向。
      TPMS結(jié)構(gòu)雖具備優(yōu)異的散熱潛力,但其復(fù)雜結(jié)構(gòu)對(duì)建模、路徑規(guī)劃和制造環(huán)節(jié)提出了嚴(yán)苛挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)CAD軟件在處理TPMS結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)出現(xiàn)建模不穩(wěn)定、迭代效率低的問題,路徑規(guī)劃過程也面臨填充不均、應(yīng)力集中等質(zhì)量隱患;同時(shí),銅材料對(duì)傳統(tǒng)近紅外激光的吸收率低下,導(dǎo)致打印過程中能量傳遞不足、成形困難、等問題。因此,如何在設(shè)計(jì)中高效創(chuàng)建TPMS結(jié)構(gòu),并解決純銅打印過程中由于高反射性與高導(dǎo)熱性帶來的技術(shù)難題,成為當(dāng)前行業(yè)突破的關(guān)鍵。

 

圖2 3D打印銅基材料TPMS結(jié)構(gòu)(圖源:希禾增材)
  解決方案:漫格科技 & 希禾增材 聯(lián)合創(chuàng)新  


純銅TPMS散熱器的無縫數(shù)字化流程
VoxelDance Additive是由漫格科技(VoxelDance)自主研發(fā)的一款增材制造CAx工業(yè)軟件平臺(tái)軟件,它整合了設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、仿真、路徑規(guī)劃和打印任務(wù)管理等關(guān)鍵環(huán)節(jié),構(gòu)建了一個(gè)無縫的增材制造數(shù)字流程。VoxelDance Additive(VDA)成功完成了純銅散熱器的設(shè)計(jì)、模型前處理和路徑規(guī)劃,避免了不同程序之間數(shù)據(jù)遷移的煩惱。

VDA的設(shè)計(jì)模塊VoxelDance Design(VDD)基于隱式建模技術(shù),可以快速實(shí)現(xiàn)基于數(shù)學(xué)公式、函數(shù)、有限元分析結(jié)果等參數(shù)驅(qū)動(dòng)式設(shè)計(jì)。因此在設(shè)計(jì)零件時(shí),通過手動(dòng)添加流程節(jié)點(diǎn)變化參數(shù),即可精準(zhǔn)實(shí)時(shí)地體現(xiàn)TPMS結(jié)構(gòu)的填充。對(duì)比傳統(tǒng)軟件來說,VDD不僅可以快速優(yōu)化設(shè)計(jì)流程,還大幅度降低了設(shè)計(jì)時(shí)間,使設(shè)計(jì)師的想法實(shí)時(shí)得到表達(dá)。此外,VoxelDance Design還支持使用非線性參數(shù)對(duì)零件特征尺寸進(jìn)行快速驅(qū)動(dòng),允許設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中對(duì)零件特征進(jìn)行更精細(xì)、復(fù)雜的調(diào)整,精確控制零件的表面曲率、幾何形態(tài)或其他物理特性。

 

圖3 國產(chǎn)VDD軟件散熱器設(shè)計(jì)流程(圖源:漫格科技)


在VDD模塊中完成設(shè)計(jì)后,無需導(dǎo)出STL文件,即可在VoxelDance Manufacturing(VDM)模塊中對(duì)銅制散熱器直接進(jìn)行切片。導(dǎo)出Cli、Slc切片格式進(jìn)入BP(加工路徑)填充軌跡后,直接上機(jī)打印。VDM模塊先進(jìn)的路徑規(guī)劃算法可以優(yōu)化掃描路徑,減少應(yīng)力集中,提高打印精度和結(jié)構(gòu)完整性。

圖4 VDA軟件內(nèi)設(shè)計(jì)到切片流程一體化(圖源:漫格科技)


希禾增材綠激光粉末床熔融 (GL-PBF)技術(shù)攻克純銅打印難題
希禾增材(ADDIREEN)是中國首家專注綠激光金屬增材制造的企業(yè),基于自研增材專用高功率綠光激光器,提供高性能金屬3D打印設(shè)備與定制化打印服務(wù),為銅、鋁、金、銀等高反金屬材料、難熔金屬材料、貴金屬材料及常規(guī)金屬材料的高精密打印提供整體解決方案。

不同波長激光在金屬材料中的吸收率存在顯著差異。銅在固態(tài)時(shí)對(duì)近紅外激光(λ=1064nm)的吸收率約為3%,而對(duì)綠激光(λ=532nm)的吸收率約為40%。綠激光提高了銅材對(duì)激光能量的吸收效率,使熔池更加穩(wěn)定,從而在純銅3D打印中實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的成形質(zhì)量,尤其適用于高精度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工需求。

希禾增材綠激光系統(tǒng)采用自研單模綠光光纖激光器,最小光斑直徑可達(dá)15μm,在高反金屬、難熔金屬及常規(guī)金屬材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)打印中表現(xiàn)出更高的能量傳遞效率和更精細(xì)的加工能力,大幅提升打印件的致密度和表面質(zhì)量。在本次打印中,希禾增材結(jié)合漫格BP路徑規(guī)劃對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)傳遞與控制,確保了TPMS結(jié)構(gòu)在打印過程的高精度和高穩(wěn)定性。

采用希禾增材綠激光3D打印的0.5mm極薄壁厚純銅液冷板,在表面質(zhì)量、細(xì)節(jié)精度和整體尺寸控制方面展現(xiàn)出高水準(zhǔn)的制造能力。經(jīng)過水壓測試,該打印件在8MPa壓力下持續(xù)5分鐘無滲漏,致密度超過99.8%,有效避免了傳統(tǒng)制造中常見的孔隙、裂紋和表面不均等缺陷,并充分發(fā)揮了銅材的熱導(dǎo)性能,實(shí)現(xiàn)高效散熱。

 

圖5 希禾增材綠激光3D打印純銅散熱器件(圖源:希禾增材)


國產(chǎn)增材制造的崛起   
     希禾增材與漫格科技的此次聯(lián)合方案,攜手打通了從隱式建模、路徑規(guī)劃到高精度打印的完整流程,為0.5mm極薄壁厚的TPMS純銅散熱器的規(guī)模化生產(chǎn)提供了突破性的解決方案。這不僅標(biāo)志著國產(chǎn)CAx軟件與金屬增材制造能力的成熟協(xié)同,也為散熱行業(yè)的發(fā)展帶來了一劑強(qiáng)心針。可以預(yù)見,在新能源、高性能計(jì)算、航空航天等領(lǐng)域的強(qiáng)勁需求驅(qū)動(dòng)下。以希禾增材和漫格科技為代表的國產(chǎn)增材制造力量,將有望引領(lǐng)行業(yè)走向更高效率、更高性能的新階段。


 

(責(zé)任編輯:admin)

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