VDA一体化方案 | 3D打印纯铜散热器：突破传统制造瓶颈，引领高效散热新趋势

随着国家对航空、航天、运载等领域的投入不断提升，轻量化增材制造技术成为当前制造业重点研究的前沿技术，也成为提升航空航天等高精密领域装备性能的关键技术。

散热器在消费电子、家电、汽车等行业中扮演着重要角色。随着电子设备小型化趋势的加速，芯片热流密度持续攀升，传统散热方案已难以满足需求。3D打印纯铜散热器以其高导热性和设计自由度，成为解决散热难题的创新选择。

• 电子设备散热：高效冷却，节省空间

  随着计算能力的提升，电子设备如计算机、智能手机的散热需求急剧增加。3D打印技术可优化散热器设计，在保持相同冷却性能的同时显著减少空间占用，例如CPU散热器的轻量化与高效化。

• 电动汽车：保障电池与电机系统安全

  电动汽车的电池和电机系统需要高效的热管理方案以确保性能和安全。3D打印纯铜散热器凭借优异的导热性能与灵活设计，成为电动汽车热管理的理想选择。

• 航空航天：轻量化与高性能并重

  在航空航天领域，散热器的轻量化和高性能直接影响飞行器的可靠性与效率。3D打印纯铜散热器能够实现复杂内部结构，显著提升散热效率。

• 数据中心与高端计算：应对高热量挑战

  数据中心服务器和超级计算机对散热要求极高。3D打印纯铜散热器能够提供更高效的散热解决方案，确保设备稳定运行。

3D打印散热器能够针对流动性、传导性及紧凑型需求进行优化，同时解决传统制造中复杂形状加工、高表面积设计等难题。铜制散热器凭借高导热性、可加工性等优势，已成为热管理领域的重要发展方向。

图1 3D打印散热器（左）传统散热器（右）

（来源：encyclopedia.pub）

  技术挑战：TPMS结构与纯铜打印的难题 

1. TPMS结构的建模与制造难题

   TPMS结构虽具备优异的散热潜力，但其复杂结构对建模、路径规划和制造环节提出了严苛挑战。传统CAD软件在处理TPMS结构时会出现建模不稳定、迭代效率低的问题，路径规划过程也面临填充不均、应力集中等质量隐患。

2. 纯铜材料的高反射率与导热性
   
   铜对传统近红外激光（1060nm）的吸收率仅为5%，导致打印过程中能量传递不足，形成困难。

因此，如何在设计中高效创建TPMS，并解决纯铜打印过程中的高反射率和导热性挑战，成为行业突破的关键。

VoxelDance Additive是由漫格科技自主研发的一款增材制造CAx工业软件平台软件，它整合了设计、研发、制造、仿真、路径规划和打印任务管理等关键环节，构建了一个无缝的增材制造数字流程。VoxelDance Additive（VDA)成功完成了纯铜散热器的设计、模型前处理和路径规划，避免了不同程序之间数据迁移的烦恼。 

VDA的设计模块VoxelDance Design（VDD)基于隐式建模技术，可以快速实现基于数学公式、函数、有限元分析结果等参数驱动式设计。因此在设计零件时通过手动添加流程节点，变化参数，即可快速，精准，实时地体现TPMS（三重周期极小曲面）结构的填充。对比传统软件来说， VDD不仅可以快速优化设计流程，还大幅度降低了设计时间，使得设计师的想法几乎实时地得到表达和实现。

此外，VoxelDance Design还支持使用非线性参数对零件特征尺寸进行快速驱动，允许设计师在设计过程中对零件特征进行更精细、复杂的表达，精确控制零件的表面曲率、几何形态或其他物理特性。

图2 国产VDD软件散热器设计流程

图3 VDA软件内设计到切片流程一体化

2. 希禾增材：绿激光技术攻克纯铜打印难题

希禾增材（ADDIREEN）是中国首家专注绿激光金属增材制造的企业，基于自研增材专用高功率绿光激光器，提供高性能金属3D打印设备与定制化打印服务，为铜、铝、金、银等高反金属材料、难熔金属材料、贵金属材料及常规金属材料的精密打印提供整体解决方案。

传统近红外激光（1060nm）对铜的吸收率仅为5%左右，而铜对绿色激光的吸收率很高，接近 40%，足足是近红外激光的8倍，采用绿光进行熔融，可以有效克服激光打印纯铜的问题，有助于实现金属材料的充分熔化，这对精细结构的稳定成形至关重要。

希禾增材绿激光系统采用自研单模绿光光纤激光器，最小光斑直径可达15μm，在高反金属、难熔金属及常规金属材料的复杂结构打印中，能够实现更高的能量传递效率和更精细的加工能力，大幅提升打印件的致密性和表面质量。在本次打印中，希禾增材结合了漫格BP路径规划对设备参数的精准传递与控制，确保了TPMS结构整个打印过程的高精度和高稳定性。

希禾增材采用绿激光系统打印的 0.5mm 极薄壁厚纯铜热交换器在表面质量、细节精度和整体尺寸控制方面展现出高质量的制造水准，且通过了水压测试，在8MPa水压下5分钟无渗透，致密度达99.8%以上，有效避免了传统制造中常见的孔隙、裂纹和表面不均等缺陷，并充分发挥铜材的高热导率优势，实现高效换热。

图4 希禾打印纯铜散热器零件

  国产增材制造的崛起

漫格科技与希禾增材的此次联合方案，携手打通了从隐式建模、路径规划到高精度打印的完整流程，为0.5mm极薄壁厚的TPMS铜制热交换器的规模化生产提供了突破性的解决方案。这不仅标志着国产CAx软件与金属增材制造能力的成熟协同，也为散热行业的发展带来了一剂强心针。

可以预见，在新能源、高性能计算、航空航天等领域的强劲需求驱动下。以漫格科技和希禾增材为代表的国产增材制造力量，将有望引领行业走向更高效率、更高性能的新阶段。