3D打印散熱器中的微通道學問

魔猴君  行業資訊   2148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打印技術直接形成在移動設備的電路板上。當然，3D打印還可以直接將冷卻劑通道打印在移動設備的處理器，存儲器模塊或其他電子組件上。

本期，魔猴網將通過兩個案例與谷友一起了解國內3D打印微通道散熱器的情況。

根據百度百科，微通道，也稱為微通道換熱器，就是通道當量直徑在10-1000μm的換熱器。這種換熱器的扁平管內有數十條細微流道,在扁平管的兩端與圓形集管相聯。集管內設置隔板,將換熱器流道分隔成數個流程。

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發展的需要而設計的一類結構緊湊、輕巧、高效的換熱器,其結構形式有平板錯流式微型換熱器、燒結網式多孔微型換熱器。

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

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

在大功率激光器的散熱方面，有企業設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、密封性和可重復性差等問題。 采用激光3D打印成型技術保證了梭形散熱器的無失真性，使得內部微通道壁面平整，從而可得到結構更為優化的微通道散熱器。除此之外，采用摻有稀土元素鎳基合金粉末，制成實體硬度及耐腐蝕性能高于傳統銅或鋁材，得到更長的使用壽命。

根據克蘭電子，許多電磁設備或部件在使用期間產生熱，并且需要冷卻以保持設備或周圍環境的溫度足夠低。某些設備(包含變壓器和電感器)包含產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，因此在內部產生的熱必需橫跨數個絕緣層傳遞，傳遞通過芯體材料(其可以展現不良熱導率)或沿著繞組傳導路徑傳遞并傳遞到連接到設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。

當電磁設備在高功率電平下操作時，散熱變得越來越重要。由這些設備產生的高溫限制了設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備的裝備的體積和重量性能。在高環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用中(例如在航空航天應用中)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備的暴露表面去除。

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

除此之外，3D打印散熱器元件具有比由常規方法(例如鑄造和/或釬焊)生產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注。并且，3D打印的散熱器元件的壁可以設計成比使用常規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。根據魔猴網的市場研究，3D打印的散熱器元件的冷卻通道可以與其它部件進行冷卻的微通道散熱器串聯連接在一起，節約了部件數量避免了焊接的需要。

來源：中國3D打印網