與典型的金屬散熱器相比，相變材料的散熱器能夠增加每體積/質(zhì)量的熱容量。通常要制造相變材料的散熱器，除了釬焊內(nèi)部金屬材料（例如泡沫鋁）之外，密封過(guò)程還需要兩個(gè)金屬殼的釬焊。不僅如此，釬焊操作昂貴并且?guī)?lái)了潛在的泄漏可能。美國(guó)的大型國(guó)防合約商雷神公司正在開(kāi)發(fā)通過(guò)3D打印增材制造的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)相變材料（PCM）散熱器的制造。

成本更低且更堅(jiān)固

     這款散熱器的基本結(jié)構(gòu)包括下殼、上殼和內(nèi)部矩陣。通過(guò)增材制造技術(shù)將下殼，上殼和內(nèi)部矩陣結(jié)構(gòu)做為單一組件制造出來(lái)。內(nèi)部矩陣被設(shè)計(jì)成放置相變材料的空間。增材制造工藝使得單個(gè)部件集成在一起制造出來(lái)。結(jié)果是通過(guò)3D打印的散熱器的制造成本較低并且比傳統(tǒng)的散熱器更堅(jiān)固。不僅如此，其內(nèi)部矩陣可以具有更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，以解決諸如高功率密度部件散熱的特定問(wèn)題。

圖：散熱器殼

圖：相變材料剖面圖

圖：矩陣部分

    雷神公司所設(shè)計(jì)的內(nèi)部矩陣可以具有任何類型的三維形狀，包括非對(duì)稱/或非矩陣的設(shè)計(jì)。這種可定制的復(fù)雜設(shè)計(jì)，是傳統(tǒng)加工技術(shù)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。而這樣的散熱器的應(yīng)用場(chǎng)景很多，可以應(yīng)用到商業(yè)電子設(shè)備或需要管理熱能的任何其他合適的應(yīng)用中。

      導(dǎo)熱材料（例如銷或板）的橫截面可以是不變的或根據(jù)增材制造技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的矩陣形狀而變化，不如說(shuō)可以是沙漏形的銷或板。再或者，每個(gè)銷或板可以獨(dú)立設(shè)計(jì)，每個(gè)都具有任何所需的形狀。因此導(dǎo)熱材料可以是包括任何合適的簡(jiǎn)單或復(fù)雜的三維形狀，包括傳統(tǒng)加工技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)的曲率形狀。

Review

        3D打印在散熱器的制造方面當(dāng)前主要存在幾種思路：一種是文中所提到的替代釬焊并結(jié)合相變材料的使用，一種是實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜的幾何形狀。實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜的幾何形狀方面例如雙曲線交叉纏繞的應(yīng)用，當(dāng)然更為典型的是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。這是一種形狀十分復(fù)雜的散熱器，其設(shè)計(jì)的核心理念是通過(guò)復(fù)雜的幾何形狀提供了多達(dá)50％或更多的散熱效率。此外，雙曲線，分叉和相互纏繞的幾何形狀提供更大的傳熱系數(shù)，不僅改善了熱交換器的效率，同時(shí)使壓力損失最小化并改善了傳熱系數(shù)。

      不少公司進(jìn)行了通過(guò)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行散熱的商業(yè)化努力，其中包括HiETA Technologies與Delta Motorsport合作設(shè)計(jì)和制造的用于微型燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的并流換熱器。另外一家典型的公司是Conflux，這家公司正在使用粉末床熔融金屬3D打印技術(shù)制造創(chuàng)新型汽車熱交換器。他們開(kāi)發(fā)了一種新型高效熱交換器ConfluxCore。其中一個(gè)典型的設(shè)計(jì)在不增加體積的情況下，增加了表面積，與此同時(shí)，3D打印部件的壓降減少了三分之二，交換器的尺寸減小了55毫米，重量減輕了22％。這種功能集成化的設(shè)計(jì)，還減少了熱交換器所需的部件和對(duì)焊接的需求。

此前，菲亞特克萊斯勒(FCA汽車集團(tuán)）還與McMaster大學(xué)建立了一項(xiàng)合作，目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種新的鋁制汽車散熱器，這個(gè)項(xiàng)目的重點(diǎn)就在于應(yīng)用點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的組合，這些結(jié)構(gòu)帶來(lái)良好的對(duì)流熱交換性能，并且可以實(shí)現(xiàn)可觀的減重結(jié)果。這個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的3D打印散熱器，比FCA集團(tuán)生產(chǎn)的汽車中使用的汽車散熱器更輕，并且還可以保證其性能。

      而究竟3D打印將在熱交換器的產(chǎn)業(yè)化方面達(dá)到怎樣的影響力和覆蓋面，這不僅僅取決于3D打印設(shè)備，材料的價(jià)格，還取決于工藝質(zhì)量是否能夠達(dá)到一致可控，以及標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證的完善，而最重要的是如何從設(shè)計(jì)端獲得以產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)為導(dǎo)向的正向設(shè)計(jì)突破。