由GE赞助的增材制造设计挑战赛有哪些先进结构
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随着电子产品的快速发展，散热器设计变得越来越重要，它不仅具有调节电子设备温度的能力，还可防止计算机处理器发生过热。传统上，散热器使用铸造、焊接以及金属挤压等技术实现制造，产品只能在制造限制和设备性能之间做出折衷。基于此，美国第18届电子系统热力学学会组委会发起了基于增材制造新技术的学生散热器设计挑战赛，并获得GE赞助。本期，我们来看这次大赛有哪些优秀设计。
进入决赛的设计作品
组委会最终在全世界21只参赛团队中评选出五支进入决赛，他们分别是亚利桑那州立大学、普渡大学、马里兰大学、宾夕法尼亚州立大学以及都柏林三一学院。他们设计的新型3D打印金属散热器，可以有效的冷却电子设备。
亚利桑那州立大学团队的设计集中在增加散热器的表面积，以使来自电气组件的热空气能够在不影响其效率的情况下流动，而这在传统制造中普遍存在设计限制。他们使用工程类的概念来提出各种方法，以充分利用其新发现的设计自由度并最大程度地提高效率，最终采用一种在空气流动时更好混合和产生湍流的设计来增强传热，该产品在应用增材制造技术时获得的设计自由度是巨大的。
亚利桑那州立大学团队的设计作品
都柏林三一学院设计作品
普渡大学团队使用拓扑优化来在给定的散热器设计尺寸中找到最佳的材料分布。其3D打印散热器一侧为平缓倾斜的“L”形，另一侧为凸出的“d”形，这使得气流回流并再循环，从而在散热器上停留更多时间。该团队冷却技术研究中心的博士生Serdar Ozguc表示：“当今电子组件面临巨大的散热挑战，计算机和电话的尺寸越来越小，但消耗的电能越来越多。这些CPU产生的热量会影响性能，安全有效地散发才能保证产品的正常运行。拓扑优化的结果往往非常复杂而令人震惊，传统方法难以制造，而采用增材制造则可以轻松实现。”
普渡大学团队的设计作品
德克萨斯大学设计作品
点阵结构不仅重量轻，而且具有超大的比表面积，这对于促进热交换和化学反应具有很大优势。传统散热器的散热片多是各自分开的，通过钎焊组成一个整体，不同部件之间的结合增加了热阻，从而降低了热效率。3D打印除了实现结构的一体化制造外，独特的晶格结构显著增加了表面积，从而能够以更经济的方式实现更高的换热效率。事实上，这种效率增益可以在许多不同类型的热交换器应用中实现，这些具有大表面积的小特征结构在没有3D打印的情况下几乎是无法制造的。
宾夕法尼亚州立大学设计作品1
宾夕法尼亚州立大学设计作品2
粉末床激光熔融技术已经生产出具有传统CNC所无法实现的、范围更广的复杂几何形状，而基于该技术所制造的包括金属散热器、发动机气缸和机油泵壳在内的零件的制造成本和材料成本却很低。五支决赛队伍的设计最终采用GE Concept Laser M2打印，并且所有的设计均采用相同的尺寸以及铝合金材料，并在相同的条件下进行了测试。
俄亥俄州立大学设计作品
马里兰大学设计作品
据参赛人员介绍，最终进入决赛的五项设计都令人难以置信，并且每支队伍都有自己独特的设计风格和解决问题的方法，因此设计人员必须学习很多不同的想法以及如何更好地思考。竞争更多的是为问题提供创新解决方案，而不需要再考虑制造限制。
