薛亚辉1,2，张金超1，高洁1，郭明1，陈杰睿1，段慧玲1,3
（1. 北京大学南昌创新研究院，江西 南昌 330096；2. 南方科技大学力学与航空航天系，广东 深圳 518055；3. 北京大学工学院，北京 100871）
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引用格式：
①薛亚辉,张金超,高洁,郭明,陈杰睿,段慧玲. 增材制造技术在散热器件研制中的应用与最新进展 [J]. 铜业工程,2024(3):1-30.
②XUE Yahui,ZHANG Jinchao,GAO Jie,GUO Ming,CHEN Jierui,DUAN Huiling. Application and recent progress of additive manufacturing technology in development of heat dissipation components[J]. Copper Engineering, 2024(3):1-30.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.03.001
5G技术的普及以及高性能算力系统的快速发展，导致电子器件的功率不断增加，因此对散热器件的性能提出更高要求。优化散热器件的结构是提高散热性能的重要途径之一。然而，传统制造工艺在处理复杂结构时存在一定的局限性，限制了对更高性能散热器件的探索。增材制造技术采用逐层累加的方式，可制备出具有复杂内部几何形状的结构，从而制造出更高性能的散热器件，图1为增材制造工艺流程。
通过增材制造技术，可以实现定制化设计、复杂结构制造、轻量化设计、快速制造以及材料多样性等，为散热器件的研发和生产提供了新的可能性和机遇。本文从增材制造方法、基本材料、常用散热器件的应用以及优化散热结构的设计方法等方面总结了增材制造技术在散热器件领域的研究进展，得出以下结论：
1）在微流道散热器、热管/均热板、热沉等散热器件制造中，常用的增材制造技术为激光粉末床融合技术，所用材料以铝合金和不锈钢为主。
2）在利用增材制造技术优化微流道散热器结构设计时，研究者倾向于从高复杂度、高效水力性能和散热能力的歧管微流道出发，通过优化创新（如渗透膜、锥形歧管、层叠结构以及直接设计的微流道散热器等），对散热器进行改良。这些优化措施在相关研究中显示出不错的成效。
3）大量研究结果表明，基于增材制造而优化结构设计后制备的热管/均热板，具有多孔结构和复合结构特征，在吸液性能上有着更优异的表现。热管/均热板的一体式制造有望利用增材制造技术实现，从而减少加工步骤。
4）在热沉的制备过程中，翅片的材料和形状设计都是影响散热器性能的关键因素，尤其是在使用导热系数较低的材料制造散热器时，形状设计变得尤为重要。此外，增材制造技术在相变材料领域具有巨大潜力，可以定制相变材料的制造过程，精确控制微观结构、形状和组合方式。这种定制化制造有助于提高相变材料的性能，拓展其应用领域，并实现多功能性设计，推动相变材料技术在能源、环境和电子等领域的应用。
5）散热器优化方法主要包括：拓扑优化，以提升结构效率；材料科学的应用，以增强热导性能；结构纹理设计，以增强散热表面；精确调整板的厚度和宽度，以控制热阻；优化制造工艺，以提高生产效率；设计高效的热流路径，以减少热滞留。具体到不同应用场景，散热器的优化方法需根据需求和环境条件进行定制化选择。
尽管目前制备散热器件常用的技术是激光粉末床融合技术，但因精度限制，散热器的性能仍然很难达到高热流密度的散热需求，仍然需要探索和开发利用新型高精度增材制造技术，如具有更高打印精度的立体光固化成型、数字光处理等技术，以制备更高性能的散热器，满足更高的散热需求。除此之外，未来的研究方向还可以聚焦于进一步优化散热器件的结构，以及探索更高性能、更多应用场景的打印基材，以此提供更高效、更可持续的散热优解方案。
《铜业工程》创刊于1984年，由江西铜业集团有限公司主管主办，是我国铜工业领域全面反映铜产业链技术进步和金属材料科技创新的双月刊。中国工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士徐政和为期刊特约主编。期刊为《有色金属领域高质量科技期刊分级目录（2023）》T3级别，同时被美国《化学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》《中国核心期刊（遴选）数据库》《万方数据库》《维普中文科技期刊数据库》等国内外检索数据库平台收录。本刊主要刊登铜、铅锌、稀有金属、贵金属等有色金属在采选、冶金、加工、环保、分析测试等方面的最新科研成果及应用，以及有色金属领域产业数字化、“双碳”战略推进等研究论文和综述文章。
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