快訊當金屬3D打印遇上太空惡劣環境，減重50%的熱管散熱器和6倍展開比的記憶合金散熱器是航天熱管理領域必看的兩個新案例。
我們一起來看看到底是個什么應用。
太空熱管理的現實挑戰

太空中的溫度波動有多極端？從陽光直射的200多度到背陰面的零下100多度，這種劇烈變化足以讓任何精密電子設備崩潰。

AM易道認為，這正是為什么類似NASA的機構一直在尋找更高效的熱管理解決方案。

傳統的散熱器要么太重，要么效率不夠，要么在極端環境下容易失效。

6月3日，這家成立于1986年的老牌3D打印企業3D Systems宣布與賓州州立大學、亞利桑那州立大學以及NASA格倫研究中心的合作項目取得應用進展。

鈦合金熱管散熱器：輕量化的技術突破

先看第一個項目的成果。

圖 1：a. 增材制造的高溫鈦合金熱輻射器原型，內嵌分支熱管網絡（75×125 毫米和 200×260 毫米面板）；b. 散熱器 X 射線 CT 掃描圖，顯示用于被動流體循環的內部多孔芯吸層；c. 賓夕法尼亞州立大學博士生 Tatiana El Dannaoui 正在熱真空測試設施中安裝散熱器原型，以模擬太空環境運行；d. 熱管散熱器在真空室內運行的熱圖像。（圖片由賓夕法尼亞州立大學提供）

Figure 1展示了研究團隊開發的鈦合金熱管散熱器原型，包括75×125mm和200×260mm兩種規格的面板。

這些散熱器最吸引人的地方在于內部嵌入的分支熱管網絡—通過X射線CT掃描可以清楚看到內部多孔芯吸結構，這是實現被動流體循環的關鍵。

圖中還能看到賓州大學博士生Tatiana El Dannaoui正在熱真空測試設施中安裝散熱器原型，模擬太空環境下的實際工作狀態。

AM易道認為，這種設計的巧妙之處在于利用了金屬3D打印的成型特點。

傳統熱管制造需要復雜的工藝來形成內部多孔芯吸結構，而3D打印可以直接在打印過程中嵌入這種復雜的內部網絡。

測試結果相當亮眼：

這種鈦-水熱管散熱器在230°C的高溫下正常工作，重量比傳統方案減輕50%，從超過6kg/m2降至3kg/m2。

對于航天應用來說，每減少一公斤重量都意味著巨大的成本節約。

形狀記憶合金：被動展開的創新思路

第二個項目更有意思。

圖 2：a. 增材制造形狀記憶合金 (SMA) 散熱器概念圖，其徑向熱管分支從緊湊的收納狀態展開。b. 帶有高柔順性波紋管熱管臂的 SMA 原型演示器。c. SMA 分支波紋管熱管的熱圖像，顯示其接近等溫運行。（圖片由賓夕法尼亞州立大學提供）

Figure 2展示的是用鎳鈦形狀記憶合金（nitinol）制造的可展開散熱器概念圖和原型演示器。

從圖中可以看到這種散熱器從緊湊的收納狀態放射狀展開的設計概念，以及高度柔性的波紋管熱管臂原型。

熱成像圖顯示了SMA分支波紋管熱管幾乎等溫的工作狀態，證明了其優異的熱傳導性能。

可以想象到應用狀態是衛星發射時散熱器以緊湊形式收納，進入軌道后通過內部流體加熱自動展開成放射狀結構。

這種被動展開機制消除了對電機或其他傳統驅動裝置的需求，在太空這種維修幾乎不可能的環境中，這種簡單可靠的設計顯得尤為珍貴。

項目數據顯示，這種SMA散熱器的展開-收納面積比達到12:1，比目前最先進的2:1提升了6倍，同時重量減輕70%，從19kg/m2降至不到6kg/m2。

老牌企業的技術積淀

根據3DSystems自己的公開披露，過去十年中已經為太空飛行制造了超過2000個鈦合金或鋁合金結構件，以及200多個關鍵的被動RF飛行部件。

目前有超過15顆衛星搭載了其制造的飛行硬件在軌運行。

賓州大學副教授Alex Rattner在談到與3D Systems的長期研發合作時提到，雙方在航空航天工程和增材制造方面的專業知識結合，讓他們能夠探索先進的設計策略，推動現有技術邊界。

低氧環境的3D打印平臺配合3DXpert軟件能力，使得團隊能夠用特殊材料制造出性能顯著提升的新型部件。

市場前景與技術趨勢

Research and Markets的數據顯示，航空航天領域的增材制造市場規模預計將從2023年的12億美元增長到2030年的38億美元。

這個增長背后反映的是3D打印技術在航天應用中逐漸從概念驗證走向實際應用。

再回到技術細節的深度思考

從技術層面看，這兩個項目展現了金屬3D打印在功能集成方面的獨特價值。

傳統制造方式下，熱管和散熱器通常是分別制造然后組裝，而3D打印可以實現一體化成型。

這不僅減少了組裝環節，還消除了接觸熱阻，提升了整體熱傳導效率。

對于形狀記憶合金與散熱結構的組合的3D打印概念，更是能啟發很多新思路。

雖然這兩個項目針對的是航天應用，但其技術原理和設計思路對其他行業同樣有借鑒價值。

高性能計算、汽車電子、數據中心等領域都面臨散熱挑戰，輕量化、高效率的熱管理解決方案需求廣泛。

文章主要內容來源：3D Systems官方新聞稿

企業合伙人計劃：

讀者提示：

添加amyidao加入讀者交流群（備注加群），

，并與AM易道同頻讀者共同探討3D打印的一切

免責聲明：AM易道與文中提到公司尚不存在任何形式的商業合作、贊助、雇傭等利益關聯。AM易道圖片視頻來自于網絡，僅作為輔助閱讀之用途，無商業目的。權歸原作者所有，如有任何侵權行為，請權利人及時聯系，我們將在第一時間刪除。本文圖片版權歸版權方所有，AM易道水印為自動添加，輔助閱讀，不代表對該圖片擁有版權，如需使用圖片，請自行咨詢版權相關方。AM易道文章不構成任何投資建議，AM易道不對因使用本文信息而導致的任何直接或間接損失承擔責任。