隨著國家對航空、航天、運載等領域的投入不斷提升，輕量化增材制造技術成為當前制造業重點研究的前沿技術，也成為提升航空航天等高精密領域裝備性能的關鍵技術。

散熱器在消費電子、家電、汽車等行業中扮演著重要角色。隨著電子設備小型化趨勢的加速，芯片熱流密度持續攀升，傳統散熱方案已難以滿足需求。3D打印純銅散熱器以其高導熱性和設計自由度，成為解決散熱難題的創新選擇。

廣泛應用

3D打印純銅散熱器

• 電子設備散熱：高效冷卻，節省空間

  隨著計算能力的提升，電子設備如計算機、智能手機的散熱需求急劇增加。3D打印技術可優化散熱器設計，在保持相同冷卻性能的同時顯著減少空間占用，例如CPU散熱器的輕量化與高效化。

• 電動汽車：保障電池與電機系統安全

  電動汽車的電池和電機系統需要高效的熱管理方案以確保性能和安全。3D打印純銅散熱器憑借優異的導熱性能與靈活設計，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打印純銅散熱器能夠實現復雜內部結構，顯著提升散熱效率。

• 數據中心與高端計算：應對高熱量挑戰

  數據中心服務器和超級計算機對散熱要求極高。3D打印純銅散熱器能夠提供更高效的散熱解決方案，確保設備穩定運行。

3D打印散熱器能夠針對流動性、傳導性及緊湊型需求進行優化，同時解決傳統制造中復雜形狀加工、高表面積設計等難題。銅制散熱器憑借高導熱性、可加工性等優勢，已成為熱管理領域的重要發展方向。

圖1 3D打印散熱器（左）傳統散熱器（右）（來源：encyclopedia.pub）

技術挑戰

TPMS結構與純銅打印的難題

1. TPMS結構的建模與制造難題

   TPMS結構雖具備優異的散熱潛力，但其復雜結構對建模、路徑規劃和制造環節提出了嚴苛挑戰。傳統CAD軟件在處理TPMS結構時會出現建模不穩定、迭代效率低的問題，路徑規劃過程也面臨填充不均、應力集中等質量隱患。

2. 純銅材料的高反射率與導熱性
   

   銅對傳統近紅外激光（1060nm）的吸收率僅為5%，導致打印過程中能量傳遞不足，形成困難。

因此，如何在設計中高效創建TPMS，并解決純銅打印過程中的高反射率和導熱性挑戰，成為行業突破的關鍵。

解決方案

VoxelDance Additive + 希禾增材的聯合創新

1. VoxelDance Additive：純銅TPMS散熱器的無縫數字化流程

VoxelDance Additive是由漫格科技自主研發的一款增材制造CAx工業軟件平臺軟件，它整合了設計、研發、制造、仿真、路徑規劃和打印任務管理等關鍵環節，構建了一個無縫的增材制造數字流程。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劃，避免了不同程序之間數據遷移的煩惱。

VDA的設計模塊VoxelDance Design（VDD)基于隱式建模技術，可以快速實現基于數學公式、函數、有限元分析結果等參數驅動式設計。因此在設計零件時通過手動添加流程節點，變化參數，即可快速，精準，實時地體現TPMS（三重周期極小曲面）結構的填充。對比傳統軟件來說， VDD不僅可以快速優化設計流程，還大幅度降低了設計時間，使得設計師的想法幾乎實時地得到表達和實現。

此外，VoxelDance Design還支持使用非線性參數對零件特征尺寸進行快速驅動，允許設計師在設計過程中對零件特征進行更精細、復雜的表達，精確控制零件的表面曲率、幾何形態或其他物理特性。

圖2 國產VDD軟件散熱器設計流程

在VDD模塊中完成設計后，無需導出STL文件，即可在VDD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模塊先進的路徑規劃算法可以優化掃描路徑，減少應力集中，提高打印精度和結構完整性。

圖3 VDA軟件內設計到切片流程一體化

2. 希禾增材：綠激光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，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、貴金屬材料及常規金屬材料的精密打印提供整體解決方案。

傳統近紅外激光（1060nm）對銅的吸收率僅為5%左右，而銅對綠色激光的吸收率很高，接近 40%，足足是近紅外激光的8倍，采用綠光進行熔融，可以有效克服激光打印純銅的問題，有助于實現金屬材料的充分熔化，這對精細結構的穩定成形至關重要。

希禾增材綠激光系統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、難熔金屬及常規金屬材料的復雜結構打印中，能夠實現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性和表面質量。在本次打印中，希禾增材結合了漫格BP路徑規劃對設備參數的精準傳遞與控制，確保了TPMS結構整個打印過程的高精度和高穩定性。

希禾增材采用綠激光系統打印的 0.5mm 極薄壁厚純銅熱交換器在表面質量、細節精度和整體尺寸控制方面展現出高質量的制造水準，且通過了水壓測試，在8MPa水壓下5分鐘無滲透，致密度達99.8%以上，有效避免了傳統制造中常見的孔隙、裂紋和表面不均等缺陷，并充分發揮銅材的高熱導率優勢，實現高效換熱。

圖4 希禾打印純銅散熱器零件

國產增材制造的崛起

漫格科技與希禾增材的此次聯合方案，攜手打通了從隱式建模、路徑規劃到高精度打印的完整流程，為0.5mm極薄壁厚的TPMS銅制熱交換器的規模化生產提供了突破性的解決方案。這不僅標志著國產CAx軟件與金屬增材制造能力的成熟協同，也為散熱行業的發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動下。以漫格科技和希禾增材為代表的國產增材制造力量，將有望引領行業走向更高效率、更高性能的新階段。

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