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3D打印技術參考注意到，一位工程師近日使用Grasshopper和Rhinoceros（B-Rep）軟件，為一家美國電子產品制造商設計了一款具有完全定制幾何形狀的散熱器。
在查看了客戶產品的3D模型后，他發現因為冷卻風扇和發熱元件之間的位置比較特殊，市面上能買到的普通散熱器，沒辦法在這個特定位置下讓空氣順暢流過鰭片表面，從而帶走足夠多的熱量。
散熱器上鰭片排列方式、間距和角度等設計因素與散熱效果直接相關。在這個項目中，該工程師采用了三種方法來提高在有限空間中的散熱效率——蜿蜒曲折通道引導氣流+波浪形鰭片產生微湍流+封閉蓋板。其核心思路是通過改變氣流路徑和流動狀態來增強熱交換。
3D打印技術參考深入查詢發現，該方案中的蜿蜒通道相當于負責宏觀引導氣流，波浪形鰭片產生的微湍流負責微觀冷熱氣流混合，封閉蓋板使整體形成一個只有進口和出口的密封通道。
在使用過程中，氣流在鰭片之間沿“S”形或“之”字形路徑前進，空氣和鰭片之間的接觸面積和接觸時間都會得到增加，且氣流分布均勻。
正弦波的產生是通過將原本平整的鰭片加工成波浪形來實現的。平直表面會形成較厚的層流邊界層，而波浪形表面會在波峰/波谷處產生微小湍流，將冷空氣攪動到近壁面，大幅提高局部換熱效率。這種微尺度的湍流不會引起巨大壓降，屬于低阻力高混合的優化設計。波浪形狀相當于增加了鰭片的實際表面積，進一步提高了散熱能力。
筆者同時注意到，為了演示該方案的具體細節，該工程師還使用創想三維3D打印機制造了其設計的兩款方案。
他還指出，所使用的“Grasshopper”是一款用于計算設計（通過編程進行3D建模）的軟件，通過改變正弦波的參數（頻率、波長、振幅）和通道數等來進行幾何設計，因為這對于普通的3D-CAD來說有些困難。
在面向3D打印的設計領域，國內軟件選擇仍然屈指可數，漫格的VoxelDance Design是基于隱式建模和場驅動設計的軟件。據筆者了解，它可以一鍵生成TPMS（極小曲面）、多孔點陣、隨形冷卻通道等結構，工程師能夠像“編程”一樣，精確調控各種結構的特征尺寸，使用便利，能大幅度降低設計時間。
當高效散熱場景加速成為金屬3D打印的新的爆發式應用場景，先進的散熱設計將是體現3D打印技術價值的關鍵因素之一。
注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。
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辛東方
