綠激光3D打印純銅散熱器，希禾增材&漫格科技聯合推出國產化解決方案

導讀：隨著手機、電腦、電動汽車等設備不斷向小型化和高性能方向發(fā)展，“發(fā)熱”問題日益突出。元器件越做越密，散熱空間越來越小，傳統(tǒng)散熱方式已難以滿足高熱流密度與緊湊結構的應用需求。為破解這一難題，3D打印純銅散熱器憑借卓越的導熱性能、靈活的結構設計和高效的制造效率，已在多領域落地，并不斷擴展應用場景。

當前，純銅3D打印的技術瓶頸被國產制造力量持續(xù)突破。希禾增材（ADDIREEN）依托自主研發(fā)的高功率綠光激光器，成功解決純銅打印過程中“高反射率、高熱導率、易氧化”等難題，實現了高精度與高致密度的復雜結構制造。希禾增材&漫格科技聯合推出的國產化解決方案，為消費電子、新能源汽車、航空航天等領域的散熱升級提供了全新路徑，成為解決散熱難題的創(chuàng)新選擇。

3D打印散熱器的典型應用場景   
電子設備散熱——高效冷卻，節(jié)省空間
隨著計算能力持續(xù)提升，計算機、智能手機等電子設備對散熱的需求急劇增加。3D打印技術能夠優(yōu)化散熱器結構設計，在確保冷卻性能的同時節(jié)省空間。例如，用于CPU的3D打印散熱器不僅更輕量，也實現了更高的散熱效率。

電動汽車——保障電池與電機系統(tǒng)安全
電動汽車的電池和電機系統(tǒng)需要高效的熱管理方案以確保性能和安全。3D打印散熱器以其優(yōu)異的導熱性能與靈活的結構設計，有效提升了散熱效率與結構集成度，成為電動汽車熱管理的理想選擇。

航空航天——輕量化與高性能并重
在航空航天領域，散熱器的輕量化和高性能直接影響飛行器的可靠性與效率。3D打印散熱器可實現傳統(tǒng)制造難以加工的復雜內部結構，顯著提升散熱效率。

數據中心與高端計算——應對高熱量挑戰(zhàn)
數據中心服務器和超級計算機長期運行下會產生大量熱量對散熱提出極高要求。3D打印散熱器能夠提供更加高效結構緊湊的冷卻方案，保障設備在高負載條件下穩(wěn)定運行助力高性能計算持續(xù)發(fā)展。

3D打印散熱器可針對流動性、熱傳導效率和緊湊結構的應用需求進行優(yōu)化，有效解決了傳統(tǒng)制造在復雜幾何加工、高表面積設計等方面的難題。憑借出色的導熱性能與加工適應性，3D打印純銅散熱器正逐步成為熱管理領域的重要發(fā)展方向。

圖1 3D打印散熱器（左）與傳統(tǒng)制造散熱器（右）內部通道對比

（圖源：https://doi.org/10.3390/technologies11050141）

技術挑戰(zhàn)：TPMS結構與純銅打印的難題   
在3D打印純銅散熱器的設計中，人們越來越傾向于采用一種名為TPMS（Triply Periodic Minimal Surfaces，三周期最小曲面）結構進行主體填充。憑借其獨特的幾何特性，TPMS結構不僅有助于提升散熱效率，同時實現了結構的輕量化，成為散熱器性能優(yōu)化的重要方向。

TPMS結構雖具備優(yōu)異的散熱潛力，但其復雜結構對建模、路徑規(guī)劃和制造環(huán)節(jié)提出了嚴苛挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)CAD軟件在處理TPMS結構時會出現建模不穩(wěn)定、迭代效率低的問題，路徑規(guī)劃過程也面臨填充不均、應力集中等質量隱患；同時，銅材料對傳統(tǒng)近紅外激光的吸收率低下，導致打印過程中能量傳遞不足、成形困難、等問題。因此，如何在設計中高效創(chuàng)建TPMS結構，并解決純銅打印過程中由于高反射性與高導熱性帶來的技術難題，成為當前行業(yè)突破的關鍵。

圖2 3D打印銅基材料TPMS結構（圖源：希禾增材）

  解決方案：漫格科技 & 希禾增材 聯合創(chuàng)新  

純銅TPMS散熱器的無縫數字化流程
VoxelDance Additive是由漫格科技（VoxelDance）自主研發(fā)的一款增材制造CAx工業(yè)軟件平臺軟件，它整合了設計、研發(fā)、制造、仿真、路徑規(guī)劃和打印任務管理等關鍵環(huán)節(jié)，構建了一個無縫的增材制造數字流程。VoxelDance Additive（VDA）成功完成了純銅散熱器的設計、模型前處理和路徑規(guī)劃，避免了不同程序之間數據遷移的煩惱。

VDA的設計模塊VoxelDance Design（VDD）基于隱式建模技術，可以快速實現基于數學公式、函數、有限元分析結果等參數驅動式設計。因此在設計零件時，通過手動添加流程節(jié)點變化參數，即可精準實時地體現TPMS結構的填充。對比傳統(tǒng)軟件來說，VDD不僅可以快速優(yōu)化設計流程，還大幅度降低了設計時間，使設計師的想法實時得到表達。此外，VoxelDance Design還支持使用非線性參數對零件特征尺寸進行快速驅動，允許設計師在設計過程中對零件特征進行更精細、復雜的調整，精確控制零件的表面曲率、幾何形態(tài)或其他物理特性。

圖3 國產VDD軟件散熱器設計流程（圖源：漫格科技）

在VDD模塊中完成設計后，無需導出STL文件，即可在VoxelDance Manufacturing（VDM）模塊中對銅制散熱器直接進行切片。導出Cli、Slc切片格式進入BP（加工路徑）填充軌跡后，直接上機打印。VDM模塊先進的路徑規(guī)劃算法可以優(yōu)化掃描路徑，減少應力集中，提高打印精度和結構完整性。

圖4 VDA軟件內設計到切片流程一體化（圖源：漫格科技）

希禾增材綠激光粉末床熔融 (GL-PBF)技術攻克純銅打印難題
希禾增材（ADDIREEN）是中國首家專注綠激光金屬增材制造的企業(yè)，基于自研增材專用高功率綠光激光器，提供高性能金屬3D打印設備與定制化打印服務，為銅、鋁、金、銀等高反金屬材料、難熔金屬材料、貴金屬材料及常規(guī)金屬材料的高精密打印提供整體解決方案。

不同波長激光在金屬材料中的吸收率存在顯著差異。銅在固態(tài)時對近紅外激光（λ=1064nm）的吸收率約為3%，而對綠激光（λ=532nm）的吸收率約為40%。綠激光提高了銅材對激光能量的吸收效率，使熔池更加穩(wěn)定，從而在純銅3D打印中實現更優(yōu)異的成形質量，尤其適用于高精度復雜結構的加工需求。

希禾增材綠激光系統(tǒng)采用自研單模綠光光纖激光器，最小光斑直徑可達15μm，在高反金屬、難熔金屬及常規(guī)金屬材料的復雜結構打印中表現出更高的能量傳遞效率和更精細的加工能力，大幅提升打印件的致密度和表面質量。在本次打印中，希禾增材結合漫格BP路徑規(guī)劃對設備參數進行精準傳遞與控制，確保了TPMS結構在打印過程的高精度和高穩(wěn)定性。

采用希禾增材綠激光3D打印的0.5mm極薄壁厚純銅液冷板，在表面質量、細節(jié)精度和整體尺寸控制方面展現出高水準的制造能力。經過水壓測試，該打印件在8MPa壓力下持續(xù)5分鐘無滲漏，致密度超過99.8%，有效避免了傳統(tǒng)制造中常見的孔隙、裂紋和表面不均等缺陷，并充分發(fā)揮了銅材的熱導性能，實現高效散熱。

圖5 希禾增材綠激光3D打印純銅散熱器件（圖源：希禾增材）

國產增材制造的崛起   
希禾增材與漫格科技的此次聯合方案，攜手打通了從隱式建模、路徑規(guī)劃到高精度打印的完整流程，為0.5mm極薄壁厚的TPMS純銅散熱器的規(guī)模化生產提供了突破性的解決方案。這不僅標志著國產CAx軟件與金屬增材制造能力的成熟協(xié)同，也為散熱行業(yè)的發(fā)展帶來了一劑強心針�？梢灶A見，在新能源、高性能計算、航空航天等領域的強勁需求驅動下。以希禾增材和漫格科技為代表的國產增材制造力量，將有望引領行業(yè)走向更高效率、更高性能的新階段。