[发明专利]金属微滴打印成型低孔隙率多枝状散热结构的方法

说明书

本发明公开了一种金属微滴打印成型低孔隙率多枝状散热结构的方法，用于解决现有类枝状散热器制备方法实用性差的技术问题。技术方案是基于射流断裂理论产生金属液滴，依据异形散热结构的路径规划，通过控制液滴的喷射与运动基板的运动，实现逐点、逐层打印形状、尺度可控的复杂三维多枝状异形散热结构；协同控制液滴的凝固行为优化金属微滴内部质量。本发明不受异形结构需要专用制造工具的限制，通过多颗金属液滴打印成型多枝状散热结构，通过控制金属微滴的凝固行为，改善金属液滴的内部质量，减少了散热结构的内部孔隙，有利于提升散热结构的导热性能。无需激光大功率能量源，不受材料种类及形式限制，实现了多枝状异形散热结构的快速成型。

技术领域

本发明涉及一种类枝状散热器制备方法，特别涉及一种金属微滴打印成型低孔隙率多枝状散热结构的方法。

背景技术

随着航空航天、高新武器装备及电子信息等领域对产品集成度、可靠性的要求越来越高，特别是对于一些高密度、大功率系统，工作中产生的热量急剧增加，对系统的散热效率提出了巨大的挑战，但是目前大多数系统的散热结构普遍面临散热效率不高的问题；根据现代传热拓扑优化理论显示，多枝状铝异形结构可极大降低散热热阻，此类结构热阻可低于传统翅片结构的5％，为成倍提升散热效率提供了新途径，但受限于现有加工工艺，目前难以制造符合要求的少孔隙高导热的多枝状复杂异形结构，急需制造此类高效散热结构的新方法以满足系统长期可靠工作的需要。

现有散热器传统加工工艺，如铣削加工、电火花加工、金属丝编织等，受刀具形状、切削力、放电电极形状以及模具形状等条件限制，很难成形出复杂三维异形结构。

文献“Mohite M M B,Gaikwad M V,Mohite M M B,et al.Development of EDMTool for Fabrication of Microchannel Heat Sink and Optimization of SingleResponse Parameter of EDM by Taguchi Method[J].International Journal,2016,2:63-70”中采用电火花加工(EDM)的方式制造出了6061铝合金微通道散热器。首先设计加工了用于散热器的天然叶形放电电极，并研究了电火花加工的工艺参数对材料去除率及表面粗糙度的影响，最终得出了最佳工艺参数集。但是在此方法中所制造出的微通道散热器仍属于平面结构，此方法极大地受到专用放电电极形状的限制，难以成型出复杂三维异形结构。

文献“Topology Optimization,Additive Layer Manufacturing,andExperimental Testing of an Air-Cooled Heat Sink,”J.Mech.Des.,vol.137,November2015,pp.1–9.”提出了一种采用ALM(Additive Layer Manufacturing)增材制造技术制造类枝状风冷散热器的方法，该技术通过预先准备AlSi12粉末，在制造平台上层层铺粉，同时依据经优化设计后散热器的CAD切片模型，利用高能热源激光层层熔化烧结，最终实现散热器的制造。由于此技术最终得到的结构存在粉体间烧结孔隙，粉末颗粒的粘附使表面粗糙度较差，将降低散热器的热交换效率；同时需要预制的粉末原材料，其最终质量及技术发展易受到制粉工艺的限制。

发明内容