3D打印銅鋼同體：散熱設(shè)計(jì)全靠AI算法生成

德國Fraunhofer IGCV最近展示了令人側(cè)目的新零件：

銅和鋼在同一個(gè)打印件里無縫融合，高溫區(qū)用銅導(dǎo)熱，承力區(qū)用鋼撐結(jié)構(gòu)。

用Schaeffler Aerosint的多材料鋪粉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

之前我們也分享過這個(gè)設(shè)備的原理。

這個(gè)多材料打印案例正在改變熱管理設(shè)計(jì)的底層邏輯。

為什么是銅鋼組合？

散熱領(lǐng)域一直有個(gè)兩難，銅導(dǎo)熱好但軟，鋼強(qiáng)度高但導(dǎo)熱弱。

傳統(tǒng)方案要么妥協(xié)材料，要么靠焊接拼裝。

焊縫是隱患，釬焊工藝成品率不高，擴(kuò)散焊設(shè)備門檻又高。

多材料打印直接跳過了這個(gè)困境。

同一個(gè)零件里，熱流路徑用銅，結(jié)構(gòu)承載用鋼，兩種材料在微觀尺度上形成梯度過渡，避免了界面應(yīng)力集中。

Fraunhofer通過調(diào)整掃描順序和搭接區(qū)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了致密的雙金屬界面。

這在幾年前被認(rèn)為幾乎不可能，因?yàn)殂~和鋼的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率差異太大。

AM易道看完這個(gè)案例，還有幾個(gè)核心問題我們還沒有找到答案，期待讀者評(píng)論區(qū)分享。

界面強(qiáng)度怎么驗(yàn)證？

電化學(xué)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)？ 銅鋼接觸在潮濕環(huán)境下會(huì)形成電偶，加速腐蝕。這對(duì)長期可靠性是個(gè)隱患，尤其在液冷場景。

溫度循環(huán)扛得住嗎？兩種材料的界面會(huì)不會(huì)開裂？

說回開頭那個(gè)銅鋼復(fù)合零件。它的設(shè)計(jì)者不是工程師，而是LEAP71的Noyron，一個(gè)大型計(jì)算工程模型。

LEAP71的思路是讓算法從零開始生成設(shè)計(jì)。

輸入性能參數(shù)和制造約束，輸出可直接打印的幾何文件。不畫草圖，不建模，不做拓?fù)鋬?yōu)化的后處理。

拓?fù)鋬?yōu)化是從已有幾何出發(fā)做減法，Noyron是從空白畫布開始，用物理邏輯和工程知識(shí)直接生長出結(jié)構(gòu)。

LEAP71的創(chuàng)始人Josefine Lissner說：用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練再多3D模型也沒用，因?yàn)榫W(wǎng)格本身不理解功能。幾何必須服從物理定律，這不是統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)能覆蓋的。

他們已經(jīng)用這套方法設(shè)計(jì)并點(diǎn)火測試了多款火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，包括傳統(tǒng)鐘形噴管和氣尖發(fā)動(dòng)機(jī)。

LEAP71指向的未來是，設(shè)計(jì)的產(chǎn)出不再是一個(gè)CAD文件，而是一段可復(fù)用、可迭代的代碼。

每生成一個(gè)零件，都在反哺系統(tǒng)的知識(shí)庫。設(shè)計(jì)變成了軟件工程，知識(shí)產(chǎn)權(quán)從圖紙變成了算法。

對(duì)散熱設(shè)計(jì)來說，意味著你不再需要一個(gè)個(gè)畫翅片、調(diào)流道，而是告訴系統(tǒng)：

熱源功率多少、體積約束多少、流阻預(yù)算多少、用什么材料組合，剩下的交給計(jì)算。

當(dāng)然，這方面還很早期。

Noyron目前聚焦航天推進(jìn)系統(tǒng)，熱交換器是他們明確提到的下一個(gè)方向。

多材料打印提供了制造可能性，計(jì)算工程提供了設(shè)計(jì)方法論，兩者正在交匯。