2025年1月5日，南极熊获悉，专注于物理驱动生成设计的公司ToffeeX与伦敦帝国理工学院(Imperial College London)和伍尔弗汉普顿大学(University of Wolverhampton)联手，在散热器设计方面取得了令人瞩目的突破。这项成就不仅展示了创新技术的力量，也为未来的工程设计带来了新的可能性。
改变热管理的新方法
在 NATEP 和 Innovate UK 的支持下，“航空航天冷板多尺度优化框架 (MOfAC) 项目”旨在彻底改变设计和模拟热管理系统的方式。这个项目引入了一种全新的方法——多尺度建模框架，它能够将复杂的系统分解成更小、更容易处理的部分，从而实现更快、更精确的设计和制造。
NATEP（National Aerospace Technology Exploitation Programme）
NATEP 是英国的“国家航空航天技术开发计划”，旨在支持和促进航空航天领域的技术创新。该计划专注于帮助中小企业（SMEs）开发新技术和产品，以增强英国在全球航空航天市场的竞争力。NATEP 通过提供资金和技术援助，鼓励企业与学术机构合作，加速创新成果的应用和商业化。它特别关注能够带来显著经济和社会效益的技术项目。
Innovate UK
Innovate UK 是英国政府下属的一个公共机构，隶属于商业、能源及产业战略部（BEIS）。它的主要使命是推动科学技术创新，促进经济增长。Innovate UK 通过资助研究项目、组织竞赛以及提供咨询服务等方式，支持企业和科研机构开展前沿技术研发。其目标是确保英国在各个行业保持领先地位，并通过创新解决社会面临的重大挑战，如气候变化、健康问题等。Innovate UK 支持的项目涵盖了广泛的领域，包括制造业、医疗保健、能源、交通等。
传统的计算流体动力学（CFD）虽然一直是热管理中的重要工具，但存在一些局限性：
●高计算需求：复杂的模拟需要强大的硬件支持，并且处理时间较长。
●有限的设计迭代：由于处理速度慢，工程师无法快速测试多种设计方案。
●准确性权衡：为了节省时间，工程师有时不得不降低分辨率，这可能导致最终设计不够理想。
MOfAC 项目通过多尺度建模解决了这些问题。它不是一次性对整个系统进行建模，而是将问题分解为更小、更易于管理的单元。这种方法不仅缩短了设计时间，还保持了极高的准确性。工程师可以更快地进行多次迭代，探索更多的设计可能性，找到最佳解决方案。
铜3D打印的革命
散热器设计的一个关键挑战是材料选择。铜因其出色的导热性能而成为理想材料，但传统上难以用3D打印技术制造。伍尔弗汉普顿大学的研究团队通过使用先进的激光粉末床熔合（L-PBF）技术和光束整形技术，成功克服了这一难题。
高纯度铜具有极佳的导热性，但它反射率高，容易氧化，这使得3D打印过程变得复杂。研究团队通过改进激光技术和工艺控制，提高了能量吸收率，确保了材料的质量。这意味着现在可以用3D打印技术制造出高性能的铜部件，这对散热器设计来说是一大进步。
伍尔弗汉普顿大学制造技能精英中心 (ECMS) 和工程创新与研究中心 (CEIR) 主任 Arun Arjunan 教授表示：“与 ToffeeX 和伦敦帝国理工学院的合作，推动了 L-PBF 铜打印和散热器设计的突破。我们将继续开发创新解决方案，以满足各行业对高效热管理系统日益增长的需求。”
多尺度建模的优势
多尺度建模带来的优势不仅仅在于提高效率，还包括：
●计算效率：减少了对高性能计算机的需求，降低了成本并加快了设计周期。
●卓越性能：采用多尺度框架设计的散热器不仅散热效果更好，而且更加耐用，适用于各种高科技领域，如氢燃料电池、先进电子产品和航空航天冷却系统。
●可持续性：通过优化能源使用和提供更有效的冷却方式，符合全球碳减排和可持续发展目标。
物理驱动生成设计的未来
MOfAC 项目展示了物理驱动生成设计的巨大潜力。ToffeeX 的高级工程师 Nicholas Raske 表示：“这次合作体现了跨学科团队合作的力量，结合尖端制造和研究专业知识，以应对关键的工程挑战。我们很高兴能够引领这次创新。”
生成设计结合多尺度建模和铜3D打印技术，为工程师提供了前所未有的灵活性和精度。这种创新不仅可以提升传热性能，还能显著降低能源需求和二氧化碳排放，推动向更可持续的未来过渡。
总结
ToffeeX 与顶尖大学的合作正在重塑工程领域的可能性，为热管理提供更快、更好、更环保的解决方案。通过引入多尺度建模框架和高纯度铜3D打印技术，他们不仅解决了传统方法的局限性，还为未来的工程设计铺平了道路。对于学生和年轻工程师来说，这是一个充满机遇的新领域，值得深入探索和发展。总之，这项合作不仅是技术创新的胜利，也是跨学科合作的成功范例，展示了当不同领域的专家携手合作时，可以创造出怎样的奇迹。无论是对于工业界还是学术界，这都是一个值得庆祝的里程碑。
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