Промышленные применения AT & 3D решений для профессионалов

Радиаторы, напечатанные на 3D-принтере

06.12.2021 Время чтения: 12 мин.
Сложность:
41 0 7

В 2016 году американская Окриджская научно-техническая лаборатория (ORNL) заявила, что увеличение удельной мощности в электронике потребует более эффективных радиаторов, а аддитивное производство в сочетании с процессом термического отжига способно помочь в достижении этой цели. Затем были продемонстрированы генетические алгоритмы для создания лучших алюминиевых теплообменников.

Где используются радиаторы, напечатанные на 3D-принтере

Первоначальный прототип был изготовлен по технологии FDM, которая также применялась для создания деталей испытательной установки для термоядерных теплообменников. В следующем проекте часть терморегулирующего устройства с волнистыми ребрами изготавливалась с использованием 3D-печати из ABS и метода послойного наплавления.

Студенты Университета Пердью продемонстрировали, как они создали экземпляр в виде акульего плавника, в котором оптимизировали теплопередачу с помощью трех различных компонентов. Их высокоэффективный образец, на создание которого вдохновило наблюдение за дыханием через респиратор, был разработан для компьютерных процессоров, но для него нашлось гораздо более широкое применение.

Современные конструкции радиаторов для светодиодного освещения превосходят традиционные аналоги. Численные и экспериментальные результаты хорошо согласуются и показывают, что полученные структуры превосходят геометрию классической решетки более чем на 21%, что приводит к удвоению ожидаемого срока службы и снижению эксплуатационных расходов на 50%. Когда коммерчески доступные решения по охлаждению уступают в эксперименте 3D-печатной детали с оптимизированной топологией, появляется предпосылка для промышленного использования этой инновации.


Конструкция теплообменника с воздушным охлаждением протестирована и в электромобилях. В данном случае был разработан, изготовлен и испытан высокопроизводительный микроотвод с водяным охлаждением для управления температурой в микроэлектронике с высоким тепловым потоком. При 3D-печати радиатора используется аддитивный производственный процесс электроосаждения нескольких металлов для создания сложных каналов, которые невозможно изготовить с помощью традиционных процедур.

Есть примеры не только лабораторного применения. Немецкая компания IQ Evolution с 2006 года изготавливает с жидкостным охлаждением и прочие радиаторы с применением 3D-печати из порошкового сплава. Компания производит уникальные и серийные транзисторы, катушки индуктивности, силовые модули, конденсаторы, системы охлаждения, многослойные печатные платы.


Оптимизированная геометрия теплообменника способна принести пользу промышленным потребителям. Конструкции теплообменников, которые термически оптимизированы за счет лучшего обдува, геометрии и структуры, поэтому могут быть активно задействованы в настоящее время. Изделия получаются легче или имеют значительно меньший объем, чем их серийные аналоги. В сверхсовременных приложениях уже можно найти уникальные или нестандартные радиаторы. 3D-печать может быть особенно ценной, когда требуется уменьшение количества деталей в окончательной сборке или сокращение числа этапов процесса. Новые конструкции более дорогие, но испытания могут выполняться быстрее с помощью аддитивных технологий.

В настоящее время наиболее очевидными отраслями для 3D-печатных теплообменников являются:

• космос;
• электромобили;
• для высокопроизводительных вычислительных процессоров;
• проекты, связанные с военно-промышленным комплексом.

Если в конструкции спутника задействован теплообменник, то даже небольшое повышение эффективности теплоотвода приведет к удешевлению запуска образца, продлению срок службы или расширению функциональных возможностей. Сниженная масса, компактный объем, меньшее количество деталей, более быстрое время производства — все это дает огромные преимущества изготовителям спутников и аналогичных конструкций.

Будут ли электромобили массово снабжаться радиаторами, напечатанными на 3D-принтере? Технология еще не готова к масштабным объемам выпуска и снижению себестоимости продукции. Но с сокращением затрат и повышением эффективности данный способ изготовления будет расширяться. По мере того как алюминиевые сплавы в аддитивном производстве становится все более распространенными, то этот популярный теплоотводящий материал также снижается в цене.

Если оценивать полезность инновации с точки зрения применения в бытовой электронике, то маловероятно, что ноутбук следующего поколения будет снабжен радиатором, напечатанном на 3D-принтере. Но как только Apple и остальные гиганты начнут печатать больше компонентов аппаратуры, производители быстро поймут, что аддитивное производство позволяет им также изготавливать на 3D-принтере батареи и теплообменники. Они смогут рассматривать, например, телефон как целостное устройство, а не как набор компонентов, которые необходимо собрать. Таким образом, крепление может стать радиатором, батарея — опорной пластиной, а оба элемента будут также функционировать как антенны.

Однако для того, чтобы сделать такое производство жизнеспособным с помощью Aerosol Jet или других технологий, потребовались бы довольно внушительные инвестиции. Apple, в частности, не боится время от времени делать подобные ставки на будущее. Например, цельные Macbooks изначально считались маловероятными в роли ноутбука, поскольку каждый из них должен быть изготовлен из цельного куска алюминия. На протяжении 15 лет Apple не только жестко действовала, но и подписывала долгосрочные сделки, чтобы гарантировать поставку необходимых компонентов, регулярно выкупая, выплачивая авансы или спасая ключевых поставщиков, чтобы сохранить преимущество. Таким образом, Apple достаточно прогматичная, огромная и изобретательная компания, чтобы наладить производство 3D-печатных телефонов с интегрированными батареями, антеннами и теплообменниками.

Источник