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新型 3D 打印散热器可将尺寸和重量减半
约翰霍普金斯大学应用物理实验室 (APL) 的工程师开发了一种紧凑的 3D 打印散热器，可以保护空间和重量受到严重限制的系统中的电子设备。这项名为 SPEAR 的技术将相变材料与增材制造（也称为 3D 打印）相结合。它的设计目的是吸收短时间内产生的大量热量，[…]新型 3D 打印散热器可以将尺寸和重量减半的帖子首先出现在 Knowridge Science Report 上。
来源:Knowridge科学报告约翰霍普金斯大学应用物理实验室 (APL) 的工程师开发了一种紧凑的 3D 打印散热器，可以保护空间和重量受到严重限制的系统中的电子设备。
这项名为 SPEAR 的技术将相变材料与增材制造（也称为 3D 打印）相结合。
它的设计目的是吸收短时间内产生的大量热量，而不需要笨重或庞大的冷却系统。
电子元件在工作时会产生热量。如果热量得不到控制，设备可能会失去性能、遭受损坏或完全失效。
传统的金属散热器将热量从敏感组件中带走，但它们会占用宝贵的空间并显着增加重量。
这对于飞机、航天器和其他先进系统来说尤其具有挑战性，因为在这些系统中，每一克和每一厘米都很重要。
SPEAR 可能用于高超音速飞行器、空间系统、射频电子设备、发射器和拦截器。它对于短时间产生强烈热量或仅偶尔运行的设备特别有用。
新的散热器依赖于一个简单的物理过程。相变材料从固体变为液体时会吸收热量。这类似于融化冰块使饮料保持凉爽的方式。冰在融化时吸收热量，减缓饮料温度的升高。
同样，SPEAR 散热器内部的材料可以储存大量热量，同时其温度变化相对缓慢。这使得它比类似尺寸的传统金属散热器更有效地管理热量。
据APL团队介绍，相变设计可以将散热器的尺寸和重量减少50%以上，同时保持相同的蓄热能力。
相变散热器传统上由包含多个机加工零件的复杂组件制成。增材制造的最新改进使工程师能够将散热器生产为单件结构。这种方法可以简化生产并在设计内部特征时提供更大的自由度。
为了测试这个想法，研究人员从标准铝制散热器开始，创建了两个 SPEAR 版本进行比较。
第一个 SPEAR 散热器的体积与铝制型号相同。这使得团队能够确定在同一空间内可以存储多少额外的热量。第二种设计用于存储与传统模型相同的热量，使研究人员能够测量尺寸和重量可能减少的情况。
工程师们在 3D 打印的散热器中填充了相变材料并将其密封。测试表明它们没有泄漏，并在热性能、尺寸和重量方面达到了预期的效果。
该团队还创建了一个演示系统，可以同时加热多个散热器。传感器实时记录温度变化，可以轻松比较每种设计在相同条件下的响应情况。
APL 设计并生产了散热器以及演示系统的硬件、软件和封装。这种内部流程使工程师能够快速测试和改进新设计。
SPEAR 仍然是一项正在发展的技术，但早期结果表明，将相变材料与 3D 打印相结合可以为要求苛刻的电子设备生产更小、更轻、功能更强大的冷却系统。