ORNL橡树岭国家实验室3D打印的散热器性能棒棒哒！

| 3DScienceValley · 2016/07/10

电子散热器例如大功率开关管或三极管的散热片，通常是针对大功率电子元器件散热的散热片，没有外加电源的情况下自然冷却，大多数都是铝合金材料，根据元器件大小制造成需要的尺寸。通常这些散热器由铸造、铣削、钻孔等传统加工工艺完成，传统加工方式加工的散热器很少设计复杂的多片结构，因为这将增加破损或泄漏的可能性。

来源：3ders

橡树岭国家实验室和田纳西大学的研究人员已经发现，通过采用一个简单的退火过程，并使用建模设计算法，制造商可以通过3D打印散热片以替代传统制造的散热器。

本期，3D科学谷与谷友通过美国橡树岭国家实验室和田纳西大学的研究来一起感受后处理对3D打印的产品性能提升。

微观的事情热处理来解决

对于电力电子行业，散热片对电器的性能特别重要，因为电力电子设备的功率增加以及更高的开关频率，更好的热性能散热片可以保证电子设备的稳定性能表现。

而对于电力电子制造商，3D打印增材制造方式似乎带来了有吸引力的散热片制造解决方案：通过3D打印机，制造商能够设计和创建比传统锻造和铣削更复杂的内部结构。此外，这些3D打印的散热片可以很容易地被打印为一个单一的零件，减少了后期组装的需求，也减少了泄漏的可能性。

然而，虽然这些3D打印的散热片可以蕴含更优越的内部结构，但一直存在一个细微的问题难以解决：金属3D打印的合金组织成分与传统方式制造的合金组织成分是不一样的，正是这些细微的差异，3D打印的散热片可能导致不利的热效应。

田纳西大学的Tong Wu与美国橡树岭国家实验室的科学家们最近专注于3D打印铝（A1_AM）散热器性能与传统制造铝散热器（A1_6061）性能的比较研究，并发表了研究论文，“Thermal Response of Additive Manufactured Aluminum（增材制造的铝热反应）”，还通过3D-PEIM电力电子国际研讨会上分享了他们的研究结果。

从一开始，Tong Wu和他的团队所选择的3D打印合金成分由10%的硅和0.5%的镁组成，而传统的铝合金中含有小于1%的硅和1.5%的镁。

图：(a)A1_6061和(b)3D打印合金，来源3ders

虽然两种工艺制造的散热器在高温下的热性能是相似的，但在低温下，3D打印的散热器表现较差，在较低的温度下（70°C），由于两种合金之间的微观结构的差异导致了10%的性能差异。这使得3D打印的合金整体性能不如传统工艺制造的合金。

然而，这个结果并不意味着实验的结束。Tong Wu的团队希望通过采用一个简单的退火工艺，使得3D打印的合金上升到与传统工艺制造的散热器类似的性能水平。

图：两种合金的热导率比较，来源3ders

退火的过程包括在高温下加热3D打印的散热器，然后让它慢慢冷却。用来去除材料的内部应力，使其更硬，更不易碎。3D科学谷了解到经过反复的测试，研究人员发现虽然退火的3D打印合金在100°C产生的热性能的差异可以忽略不计，但在300°C退火产生了明显的差异，所以，事实上，经过高温退火的3D打印散热器的性能变得相当于传统方法制造的散热器性能。