本期，3D科学谷将通过两个案例与谷友一起了解国内3D打印微通道散热器的情况。

根据百度百科，微通道，也称为微通道换热器，就是通道当量直径在10-1000μm的换热器。这种换热器的扁平管内有数十条细微流道,在扁平管的两端与圆形集管相联。集管内设置隔板,将换热器流道分隔成数个流程。

微通道换热器按外形尺寸可分为微型微通道换热器和大尺度微通道换热器。

微型微通道换热器是为了满足电子工业发展的需要而设计的一类结构紧凑、轻巧、高效的换热器,其结构形式有平板错流式微型换热器、烧结网式多孔微型换热器。

大尺度微通道换热器主要应用于传统的工业制冷、余热利用、汽车空调、家用空调、热泵热水器等。其结构形式有平行流管式散热器和三维错流式散热器。由于外型尺寸较大(达1.2m×4m×25.4mm[13]),微通道水力学直径在0.6~1mm以下,故称为大尺度微通道换热器。

 大功率激光器的散热

根据成都三鼎日新激光科技有限公司，目前大功率激光器的传统散热装置一般分为直接风冷散热和宏通道水冷热沉两种，直接 风冷散热装置中，空气与散热片之间的对流面积小，散热效果不理想；而对于宏通道水冷热 沉传统制造方式多为机械加工、等离子刻蚀、焊接等方式，会使得通道壁面不平整、增加额 外热阻、发生流体泄漏，导致大功率激光器散热效率低、密封性和可靠性差；再者利用传统 加工方式难以成形能够满足芯片散热需求的复杂结构，以上几种因素大大限制了大功率激光
器的发展。

根据3D科学谷的市场研究，在大功率激光器的散热方面，成都三鼎日新激光科技设计了一种翅片式微通道梭形散热器，解决了以往散热效率低、密封性和可靠性差等问题。 采用激光3D打印成型技术保证了梭形散热器的无失真性，使得内部微通道壁面平整，从而可得到结构更为优化的微通道散热器。此外，采用掺有稀土元素镍基合金粉末，制成实体硬度及耐腐蚀性能高于传统铜或铝材，获得更长的使用寿命。

 基于变压器的电源转换器的散热

根据克兰电子，许多电磁设备或部件在使用期间产生热，并且需要冷却以保持设备或周围环境的温度足够低。某些设备(包含变压器和电感器)包含产生需要消散的大量热的载流绕组。然而，由于这些绕组通常紧密缠绕并且可能涂覆有绝缘材料，因此在内部产生的热必须横跨数个绝缘层传递，传递通过芯体材料(其可以展现不良热导率)或沿着绕组传导路径传递并传递到连接到设备的布线中或高压线与总线的连接中。这些热流路径均不是特别有效的。

当电磁设备在高功率电平下操作时，散热变得越来越重要。由这些设备产生的高温限制了设备可以在其下操作的功率电平。因此，此类温度限制还可不利地影响包含电磁设备的装备的体积和重量性能。在高环境温度下操作的高功率密度的装备中或者在其中需要有效冷却的应用中(例如在航空航天应用中)尤其如此。已知散热器用于冷却电子装备，但通常仅用于将热从电磁设备的暴露表面去除。

根据3D科学谷的市场研究，克兰电子采用3D打印技术制造散热器元件，与传统机加工工艺相比，由3D打印过程产生的表面粗糙度对流体产生更高热传递速率。此外，在某些线性流体速度和粘度下，粗糙表面产生较低摩擦，因此在流体冷却系统中产生较低压力损失。

此外，3D打印散热器元件具有比由常规方法(例如铸造和/或钎焊)生产的散热器元件高得多的密度。因此，3D打印散热器元件中的孔隙率较少受到关注。并且，3D打印的散热器元件的壁可以设计成比使用常规方法制造的散热器元件的壁更薄，并且3D打印的散热器元件更紧凑，更小巧。根据3D科学谷的市场研究，3D打印的散热器元件的冷却通道可以与其它部件进行冷却的微通道散热器串联连接在一起，节约了零件数量避免了焊接的需要。

参考资料：CN204858267U,CN107210117A

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 更高效的散热

热管理的目的是将设备的温度保持在适中的范围内，否则，电子设备将变得更热，直到发生故障，从而缩短了电子设备的使用寿命。

根据3D科学谷的了解，目前的热管理装置采用传统的制造方法制造，例如冲压，挤压，铸造和机械加工。有多种不同类型的热管理装置存在，例如热管，蒸汽室，散热器，风扇或其任何组合。典型的热管理系统包括热管和散热器。热管和散热器使用传统的制造方法制造为单独的部件，然后组装在一起，散热器与热管的连接形成了产生热阻的接头，从而降低了从热管到散热器的热传递能力，并最终降低了装置的热传递能力。

根据3D科学谷的市场研究，微软正在研究如何通过3D打印技术来改善电子设备的散热装置。3D打印散热装置可实现优化和可定制的散热解决方案。例如，通过3D打印技术可以制造那些传统制造方法难以加工的紧凑型弯曲形状和非平面几何形状。由于制造的几何公差要求，传统制造方法在加工这些散热装置的时候很难满足带微处理器的电子设备内的紧密空间的空间狭小的挑战，而通过3D打印制造的通道来实现散热器的连接可以满足空间狭小带来的挑战。

构成热管理系统的多个热管理装置还可以作为单个组件一次性通过3D打印技术制造出来，从而消除使用热效率低的粘合方法来连接多个热管理装置，减少了热管理系统的重量，减小了热管理系统的整体尺寸。并且通过3D打印技术，散热器的翅片可以具有不同的尺寸和/或形状，以优化效率。

根绝3D科学谷的市场观察，微软正在开发的这种散热装置，具有若干潜在的最终用途，包括应用到具有无源或有源冷却部件（例如，风扇）的任何电子设备。可以用于个人计算机，服务器计算机，平板电脑或其他手持计算设备，移动计算机，移动电话，大型计算机或媒体播放器。这种散热装置还可以结合在可穿戴电子设备中，该设备可以佩戴在人体上或附着在人体或衣服上。这种可穿戴设备例如手表、心率监视器、活动跟踪器或头戴式显示器。

利用改进的散热功能，微软可以为电子设备安装更强大的微处理器，可以设计更薄的电子设备，可以提供更高的处理速度。

 更可控的散热

与现有技术的制造工艺相比，3D打印的热管理装置的公差更小。而且，3D打印的热管理系统的轮廓可以更好地利用先前浪费的空间并将热侧热连接到冷侧。换句话说，通过3D打印所实现的紧密的弯曲和拐角设计可以将原来传统制造方法无法利用的空间充分利用起来。

热管或蒸汽室的内部结构对于相变性能是重要的。影响相变性能的特征包括蒸汽空间和毛细管特征。蒸汽空间是蒸发的工作流体行进到冷凝器的路径，并且毛细管特征是冷凝的工作流体返回蒸发器的路径。3D打印的散热装置有效利用了整个系统中的空隙，改善了热管或蒸汽室的整体性能并改善了动力能力，使得毛细管特征不会受到破坏机制的影响（例如塌陷，开裂或起皱）。

传统的制造技术中，散热片的部件各自是分开的，这些散热器翅片通过钎焊或以其他方式附接在热管或另一表面上。每个散热翅片和热管之间的结合增加了现有技术装置内的热阻，从而降低了热效率。

3D打印翅片也允许翅片根据系统几何形状和冷却方法而变化。例如，如果使用主动冷却，则翅片可以被设计用于在计算设备的高流动区域中的最佳主动冷却效率的形状，然后被调谐为对于通过计算设备的低流动区域中的自然对流进行耗散而言是最佳的状态。自然对流翅片可以被配置为在计算设备的标准方向上的最佳状态。可以将散热片添加到主散热部位的顶部和底部。在母板和主要散热部分之间的区域中，散热片的几何形状可以是不同的，包括例如具有圆形横截面的翅片，该翅片的形状可以随着距翅片基部的距离而变化，不仅可以具有不同横截面形状，还可以带有通道或管，包括例如正弦波或贝塞尔曲线结构。

毛细特征可以直接3D打印到相变装置上，3D打印的毛细管特征可包括筛芯结构，开放通道，覆盖有筛网的通道，筛网后面的环，动脉结构，波纹筛，其他结构或其任何组合。

此外，根据3D科学谷的了解，微软所开发的3D打印的翅片可以设计成可变密度，使得从处理器到壳体的热传递是可控的。在更靠近发热部件的区域中，翅片可具有低密度/高孔隙率。翅片可以更密集，增加热传递效率。通过调节翅片密度可以为壳体的外表面提供均匀的温度分布，从而提供更优化的热传递。

第一热交换器可以使用铜，铝，钛，金，或者两种或更多种材料（例如，铜和铝）的组合进行3D打印。第二热交换器直接3D打印在第一热交换器上，使得第一热交换器和第二热交换器形成单个连续组件。

3D打印释放了使用传统制造方法制造先前无法实现或不实的设计的潜力。可以以高分辨率和以产品功能为导向的一体化结构散热器组件的制造。

参考资料：US10054995B2_additive manufactured passive thermal enclosure

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