Naukowcy z USA i Irlandii zabrali się ostatnio za temat zjawisk termicznych i termomechanicznych w systemach elektronicznych, aby wprowadzić innowacje w projektowaniu radiatorów za pomocą druku 3D.

Wraz z rosnącym popytem na domową elektronikę, konstrukcja radiatora zyskała na znaczeniu. Wynika to z potrzeby odbierania coraz to większej ilości ciepła z urządzeń elektronicznych, zapobiegając ich przegrzaniu, np. procesor komputerowy.

W konkursie sponsorowanym przez GE (ta firma od lat już inwestuje w druk 3D, zaglądnij do wcześniejszych przedsięwzięć tutaj i tutaj), zespoły z Arizona State University (ASU), Purdue University, University of Maryland, Pennsylvania State University i Trinity College Dublin byli pięcioma finalistami prezentującymi swoje nowatorskie, drukowane w 3D metalowe radiatory do skutecznego chłodzenia elektroniki. Faizan Ejaz, doktorant inżynierii mechanicznej z ASU powiedział:

„Istnieje kilka funkcji, których nie można uzyskać konwencjonalnymi metodami. Jeśli chcesz stworzyć cylindryczną strukturę plastra miodu, nie możesz jej wyprodukować bez konieczności wykonywania innych kosztownych etapów obróbki. Wraz z nadejściem wytwarzania przyrostowego, mamy teraz dostęp do wytwarzania bardzo skomplikowanych geometrii.”

Radiator zaprojektowany przez zespół 3D Devils

Radiatory drukowane w 3D

Addatywne procesy produkcyjne, takie jak LPBF (Laser Powder Bed Fusion), doprowadziły do wytworzenia elementów metalowych o szerszym zakresie skomplikowanych geometrii, niemożliwych do wykonania w przypadku tradycyjnego CNC. Metalowe skomplikowane formy można wytwarzań za ułamek kosztów i materiałów w przypadku zastosowania LPBF.

Korzystając z systemu GE Concept Laser M2, 5 zespołów uniwersyteckich, zostało wybranych jako finaliści z pozostałej reszty 21 zespołów, zrealizowało każdą ze swoich koncepcji projektowych dla optymalnego radiatora.

Różne koncepcje radiatorów wydrukowane w 3D

„Wytwarzanie addytywne eliminuje obecnie wiele ograniczeń projektowych narzuconych przez tradycyjne techniki. Możemy myśleć o dalszej optymalizacji konstrukcji w porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami do wymiany ciepła”

Wyjaśnia Beomjin Kwon, adiunkt w School for Engineering of Matter, Transport and Energy, lider w zespole projektowym.

Projekt idealnego radiatora

Zespół Purdue University wykorzystał optymalizację topologii, aby znaleźć najlepszy rozkład materiału w danych wymiarach radiatora. Ponadto, mając na uwadze opór cieplny, uzyskany kształt drukowanego radiatora miał z jednej strony delikatnie nachylony kształt litery L, a z drugiej wystający kształt litery d. Takie rozwiązanie powoduje cofanie się i recyrkulację przepływu powietrza, spędzając więcej czasu w samym radiatorze.

Skomplikowana struktura jednego ze zwycięskich projektów idealnego radiatora, zaprojektowana przez Purdue University

 

Serdar Ozguc, doktorant w Purdue Coolin Technologies Research Center (CTRC) stwierdził:

„W dzisiejszych urządzeniach elektronicznych, dobra wymiana ciepła to wyzwanie. Ludzie chcą mniejszych komputerów i telefonów, ale jednocześnie chcą większej mocy.”

Ciepło generowane przez procesory wpływa na ich wydajność, dlatego trzeba znaleźć sposób na bezpieczne i wydajne rozproszenie ciepła.

Wszystkie zespoły biorące udział w tym konkursie były ograniczone do tych samych wymiarów i materiału z aluminium. Ponadto drukowane 3D radiatory zostały przetestowane w tych samych warunkach na Oregon State University.

Źródło: engineering.purdue.edu