仿生學(xué)還是建筑學(xué)？看3D打印微通道散熱器
國內(nèi)3D打印微通道散熱器，介紹了在大功率激光器的散熱方面，成都三鼎日新激光科技設(shè)計了一種翅片式微通道梭形散熱器，解決了以往散熱效率低、密封性和可靠性差等問題。成都電子科技大學(xué)開發(fā)了基于3D批量打印的微通道冷板、散熱器及裝置，可適用于熱源范圍較大、熱源分布不均的散熱需求。而大連理工大學(xué)開發(fā)了含流道的金字塔微桁架夾芯板式散熱器，提高了散熱器的散熱效率，并提高了承載能力、抗缺陷能力和抗沖擊防護(hù)能力。
仿生學(xué)的應(yīng)用
為了滿足對普通熱源和分散熱源散熱的需求，電子科技大學(xué)提出了四種結(jié)構(gòu)的通道結(jié)構(gòu)，從而可根據(jù)不同的散熱需求采用不同的通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合使用。在板體上微通道組件的通道結(jié)構(gòu)采用波壁流道模型、分形模型、針刺形模型、蜂窩形模型中的一種或多種。
波壁流道模型包括多組橫截面為波浪形的波壁板，多組波壁板沿微通道組件的長度或?qū)挾确较蚓鶆蚍植迹⒃谙噜弮山M波壁板之間、波壁板與模型內(nèi)壁之間形成換熱通道；
分形模型包括以陣列方式均布的多組錐臺，并在相鄰兩組錐臺之間、錐臺與模型內(nèi)壁之間形成換熱通道；
針刺形模型包括沿微通道組件的長度或?qū)挾确较蚓鶆蚍植嫉亩嘟M大刺針，相鄰兩組大刺針的小徑段之間設(shè)置有中刺針，中刺針的小徑段與大刺針的小徑段之間設(shè)置有小刺針，并在相鄰兩大刺針之間、大刺針與中刺針之間、中刺針與小刺針之間、以及大刺針、中刺針和小刺針與模型內(nèi)壁之間形成換熱通道；
蜂窩形模型包括多組橫截面為正六邊形的六棱柱，多組六棱柱以陣列的方式均勻分布在模型內(nèi)壁內(nèi)，并在相鄰兩六棱柱之間、六棱柱與模型內(nèi)壁之間形成換熱通道。
可以通過3D打印在板體的背面上開設(shè)灌注孔，通過向灌注孔內(nèi)灌注高導(dǎo)熱材料，提高散熱器的散熱效率。還可以根據(jù)不同的散熱需求采用不同的通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合使用，例如采用波壁流道模型、分形模型、針刺形模型、蜂窩形模型中的一種或多種。
建筑學(xué)的應(yīng)用
如果說成都電子大學(xué)將仿生學(xué)用到了3D打印散熱器的應(yīng)用領(lǐng)域，那么另外一所高校，大連理工大學(xué)則是將建筑學(xué)知識用到了3D打印微通道的應(yīng)用領(lǐng)域。
隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，飛行器獨(dú)特的力學(xué)環(huán)境和性能要求對材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新的要求：結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)化和多功能集成。傳統(tǒng)的設(shè)計方案通常是將結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與功能系統(tǒng)分開考慮，即一部分材料用來滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能的要求，另一部分材料則用來滿足隔熱、隔振或電子屏蔽等要求。這將產(chǎn)生大量的與電子設(shè)備有關(guān)的機(jī)箱、電纜、封裝等結(jié)構(gòu)支撐或者與連接器相關(guān)的寄生質(zhì)量，大大提高了飛機(jī)設(shè)計的整體重量系數(shù)。如果要減小這部分重量及體積，則需要依靠對承力部件進(jìn)行多功能集成一體化設(shè)計。
大連理工大學(xué)所應(yīng)用的微桁架單胞由兩個金字塔型點(diǎn)陣單胞頂部相接而成，金字塔型點(diǎn)陣單胞是由四根橫截面呈圓形的桿件構(gòu)成的金字塔型結(jié)構(gòu)，相鄰所述微桁架單胞之間通過所述桿件連接。
大連理工大學(xué)開發(fā)了含流道的金字塔微桁架夾芯板式承載與熱防護(hù)一體化結(jié)構(gòu)。提高了散熱器的承載能力、抗缺陷能力和抗沖擊防護(hù)能力。采用流道布置于近熱源處，進(jìn)一步提升散熱效果，通過調(diào)節(jié)冷卻液流速，可以高效地控制下面板的溫度在一個合適的范圍內(nèi)，更有利于控制密封性，減少流體用量以降低結(jié)構(gòu)整體重量系數(shù)，可通過調(diào)整各部分尺寸獲得最佳性能。
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