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3D打印技術(shù)參考注意到，一位工程師近日使用Grasshopper和Rhinoceros（B-Rep）軟件，為一家美國電子產(chǎn)品制造商設(shè)計(jì)了一款具有完全定制幾何形狀的散熱器。
在查看了客戶產(chǎn)品的3D模型后，他發(fā)現(xiàn)因?yàn)槔鋮s風(fēng)扇和發(fā)熱元件之間的位置比較特殊，市面上能買到的普通散熱器，沒辦法在這個(gè)特定位置下讓空氣順暢流過鰭片表面，從而帶走足夠多的熱量。
散熱器上鰭片排列方式、間距和角度等設(shè)計(jì)因素與散熱效果直接相關(guān)。在這個(gè)項(xiàng)目中，該工程師采用了三種方法來提高在有限空間中的散熱效率——蜿蜒曲折通道引導(dǎo)氣流+波浪形鰭片產(chǎn)生微湍流+封閉蓋板。其核心思路是通過改變氣流路徑和流動(dòng)狀態(tài)來增強(qiáng)熱交換。
3D打印技術(shù)參考深入查詢發(fā)現(xiàn)，該方案中的蜿蜒通道相當(dāng)于負(fù)責(zé)宏觀引導(dǎo)氣流，波浪形鰭片產(chǎn)生的微湍流負(fù)責(zé)微觀冷熱氣流混合，封閉蓋板使整體形成一個(gè)只有進(jìn)口和出口的密封通道。
在使用過程中，氣流在鰭片之間沿“S”形或“之”字形路徑前進(jìn)，空氣和鰭片之間的接觸面積和接觸時(shí)間都會(huì)得到增加，且氣流分布均勻。
正弦波的產(chǎn)生是通過將原本平整的鰭片加工成波浪形來實(shí)現(xiàn)的。平直表面會(huì)形成較厚的層流邊界層，而波浪形表面會(huì)在波峰/波谷處產(chǎn)生微小湍流，將冷空氣攪動(dòng)到近壁面，大幅提高局部換熱效率。這種微尺度的湍流不會(huì)引起巨大壓降，屬于低阻力高混合的優(yōu)化設(shè)計(jì)。波浪形狀相當(dāng)于增加了鰭片的實(shí)際表面積，進(jìn)一步提高了散熱能力。
筆者同時(shí)注意到，為了演示該方案的具體細(xì)節(jié)，該工程師還使用創(chuàng)想三維3D打印機(jī)制造了其設(shè)計(jì)的兩款方案。
他還指出，所使用的“Grasshopper”是一款用于計(jì)算設(shè)計(jì)（通過編程進(jìn)行3D建模）的軟件，通過改變正弦波的參數(shù)（頻率、波長、振幅）和通道數(shù)等來進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@對于普通的3D-CAD來說有些困難。
在面向3D打印的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，國內(nèi)軟件選擇仍然屈指可數(shù)，漫格的VoxelDance Design是基于隱式建模和場驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的軟件。據(jù)筆者了解，它可以一鍵生成TPMS（極小曲面）、多孔點(diǎn)陣、隨形冷卻通道等結(jié)構(gòu)，工程師能夠像“編程”一樣，精確調(diào)控各種結(jié)構(gòu)的特征尺寸，使用便利，能大幅度降低設(shè)計(jì)時(shí)間。
當(dāng)高效散熱場景加速成為金屬3D打印的新的爆發(fā)式應(yīng)用場景，先進(jìn)的散熱設(shè)計(jì)將是體現(xiàn)3D打印技術(shù)價(jià)值的關(guān)鍵因素之一。
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