一种新设计方法，3D打印高性能液冷散热器

当前半导体器件越来越需要更紧凑和高效的特性，这就导致了设备发热量增加，因此需要更有效的冷却解决方案。常规冷却方法如射流冲击和喷雾冷却都具有操作复杂的问题，而微通道散热器有效地增加了传热表面积，但在实验测试中导致了较高的压力损失和压降。

3D打印技术参考注意到，加拿大滑铁卢大学与阿尔伯塔大学、北卡罗来纳大学夏洛特分校近日发表联合研究，提出了一种将热流体拓扑优化与先进晶格设计技术相结合的方法，设计适用于3D打印的高性能液冷散热器。

这项方法的灵感来源于一项采用三重周期最小表面（TPMS）网格的液冷案例研究，网格由nTop-Puntozero设计团队通过保形映射开发而成。这种方法侧重于复制、调整和优化原始设计，在保持有效散热的同时增强流动特性并遵守3D打印设计指南和约束。这项研究评估了四种设计变体，分别为传统蛇形冷板CD、改进的蛇形设计S-LttcD和两种混合TopOpt网格散热器。在研究过程中还进行了数值模拟，用来表征在一系列液体泵送功率下的性能指标。

该研究设计了四种平面单液体散热器来验证所提出的方法生产的散热器的性能，分别反映了传统和创新冷却解决方案的关键思想路线。简单的蛇形设计CD的灵感来自主流制造商的常规冷板解决方案。S-LttcD是一种改进的蛇形设计，具有更大的主流道，以允许通过方法II共形地规定金刚石类的表面晶格。LT01和LT02是该研究提出的方法的结果，使用类似符合所识别的流动通道的菱形TPMS网格。

3D打印能够以极高的分辨率（100 μm）轻松制造高复杂度特征，因此在航空航天、医疗和汽车行业中获得了巨大的应用，其中冷却技术的发展设备（散热器和热交换器）被认为是该技术的前沿应用之一。一些非传统的冷却系统，包括人字形翅片-蛇形微通道和越来越多的基于网格的冷板，也已经成为大量研究的主题，这些研究通过3D打印可以设计具有自由度以及各种算法驱动的散热器，特别是通过拓扑优化的散热器。

总的来说，这项研究提出了一种将热流拓扑优化与先进的共形网格技术相结合的新方法，并制定了用于增强液体冷却散热器的方案。该研究中所提出的方法与传统设计相比显著提高了力学性能，混合设计方法能实现良好的流量分布，降低压力降和热阻，缩小与可制造性的差距，解决了传统散热器设计方法的不足之处，提升了液冷散热器的性能，且该方法适用于3D打印，具有多学科创新潜力。##3D打印##增材制造

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