綠激光3D打印純銅散熱器，希禾增材&漫格科技聯(lián)合推出國產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(lián)合推出的國產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)傳統(tǒng)制造難以加工的復雜內(nèi)部結構，顯著提升散熱效率。

數(shù)據(jù)中心與高端計算——應對高熱量挑戰(zhàn)
數(shù)據(jù)中心服務器和超級計算機長期運行下會產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)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(zhì)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(lián)合創(chuàng)新  

純銅TPMS散熱器的無縫數(shù)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(shù)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(shù)據(jù)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(xiàn)基于數(shù)學公式、函數(shù)、有限元分析結果等參數(shù)驅(qū)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(shù)，即可精準實時地體現(xiàn)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(shù)對零件特征尺寸進行快速驅(qū)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(diào)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(chǎn)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(nèi)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(xiàn)更優(yōu)異的成形質(zhì)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(xiàn)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(zhì)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(shù)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(zhì)量、細節(jié)精度和整體尺寸控制方面展現(xiàn)出高水準的制造能力。經(jīng)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(xiàn)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(chǎn)增材制造的崛起   
希禾增材與漫格科技的此次聯(lián)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(chǎn)提供了突破性的解決方案。這不僅標志著國產(chǎn)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。可以預見，在新能源、高性能計算、航空航天等領域的強勁需求驅(qū)動下。以希禾增材和漫格科技為代表的國產(chǎn)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。