绿激光3D打印纯铜散热器，希禾增材&漫格科技联合推出国产化解决方案

导读：随着手机、电脑、电动汽车等设备不断向小型化和高性能方向发展，“发热”问题日益突出。元器件越做越密，散热空间越来越小，传统散热方式已难以满足高热流密度与紧凑结构的应用需求。为破解这一难题，3D打印纯铜散热器凭借卓越的导热性能、灵活的结构设计和高效的制造效率，已在多领域落地，并不断扩展应用场景。

当前，纯铜3D打印的技术瓶颈被国产制造力量持续突破。希禾增材（ADDIREEN）依托自主研发的高功率绿光激光器，成功解决纯铜打印过程中“高反射率、高热导率、易氧化”等难题，实现了高精度与高致密度的复杂结构制造。希禾增材&漫格科技联合推出的国产化解决方案，为消费电子、新能源汽车、航空航天等领域的散热升级提供了全新路径，成为解决散热难题的创新选择。

3D打印散热器的典型应用场景   
电子设备散热——高效冷却，节省空间
随着计算能力持续提升，计算机、智能手机等电子设备对散热的需求急剧增加。3D打印技术能够优化散热器结构设计，在确保冷却性能的同时节省空间。例如，用于CPU的3D打印散热器不仅更轻量，也实现了更高的散热效率。

电动汽车——保障电池与电机系统安全
电动汽车的电池和电机系统需要高效的热管理方案以确保性能和安全。3D打印散热器以其优异的导热性能与灵活的结构设计，有效提升了散热效率与结构集成度，成为电动汽车热管理的理想选择。

航空航天——轻量化与高性能并重
在航空航天领域，散热器的轻量化和高性能直接影响飞行器的可靠性与效率。3D打印散热器可实现传统制造难以加工的复杂内部结构，显著提升散热效率。

数据中心与高端计算——应对高热量挑战
数据中心服务器和超级计算机长期运行下会产生大量热量对散热提出极高要求。3D打印散热器能够提供更加高效结构紧凑的冷却方案，保障设备在高负载条件下稳定运行助力高性能计算持续发展。

3D打印散热器可针对流动性、热传导效率和紧凑结构的应用需求进行优化，有效解决了传统制造在复杂几何加工、高表面积设计等方面的难题。凭借出色的导热性能与加工适应性，3D打印纯铜散热器正逐步成为热管理领域的重要发展方向。

图1 3D打印散热器（左）与传统制造散热器（右）内部通道对比

（图源：https://doi.org/10.3390/technologies11050141）

技术挑战：TPMS结构与纯铜打印的难题   
在3D打印纯铜散热器的设计中，人们越来越倾向于采用一种名为TPMS（Triply Periodic Minimal Surfaces，三周期最小曲面）结构进行主体填充。凭借其独特的几何特性，TPMS结构不仅有助于提升散热效率，同时实现了结构的轻量化，成为散热器性能优化的重要方向。

TPMS结构虽具备优异的散热潜力，但其复杂结构对建模、路径规划和制造环节提出了严苛挑战。传统CAD软件在处理TPMS结构时会出现建模不稳定、迭代效率低的问题，路径规划过程也面临填充不均、应力集中等质量隐患；同时，铜材料对传统近红外激光的吸收率低下，导致打印过程中能量传递不足、成形困难、等问题。因此，如何在设计中高效创建TPMS结构，并解决纯铜打印过程中由于高反射性与高导热性带来的技术难题，成为当前行业突破的关键。

图2 3D打印铜基材料TPMS结构（图源：希禾增材）

  解决方案：漫格科技 & 希禾增材 联合创新  

纯铜TPMS散热器的无缝数字化流程
VoxelDance Additive是由漫格科技（VoxelDance）自主研发的一款增材制造CAx工业软件平台软件，它整合了设计、研发、制造、仿真、路径规划和打印任务管理等关键环节，构建了一个无缝的增材制造数字流程。VoxelDance Additive（VDA）成功完成了纯铜散热器的设计、模型前处理和路径规划，避免了不同程序之间数据迁移的烦恼。

VDA的设计模块VoxelDance Design（VDD）基于隐式建模技术，可以快速实现基于数学公式、函数、有限元分析结果等参数驱动式设计。因此在设计零件时，通过手动添加流程节点变化参数，即可精准实时地体现TPMS结构的填充。对比传统软件来说，VDD不仅可以快速优化设计流程，还大幅度降低了设计时间，使设计师的想法实时得到表达。此外，VoxelDance Design还支持使用非线性参数对零件特征尺寸进行快速驱动，允许设计师在设计过程中对零件特征进行更精细、复杂的调整，精确控制零件的表面曲率、几何形态或其他物理特性。

图3 国产VDD软件散热器设计流程（图源：漫格科技）

在VDD模块中完成设计后，无需导出STL文件，即可在VoxelDance Manufacturing（VDM）模块中对铜制散热器直接进行切片。导出Cli、Slc切片格式进入BP（加工路径）填充轨迹后，直接上机打印。VDM模块先进的路径规划算法可以优化扫描路径，减少应力集中，提高打印精度和结构完整性。

图4 VDA软件内设计到切片流程一体化（图源：漫格科技）

希禾增材绿激光粉末床熔融 (GL-PBF)技术攻克纯铜打印难题
希禾增材（ADDIREEN）是中国首家专注绿激光金属增材制造的企业，基于自研增材专用高功率绿光激光器，提供高性能金属3D打印设备与定制化打印服务，为铜、铝、金、银等高反金属材料、难熔金属材料、贵金属材料及常规金属材料的高精密打印提供整体解决方案。

不同波长激光在金属材料中的吸收率存在显著差异。铜在固态时对近红外激光（λ=1064nm）的吸收率约为3%，而对绿激光（λ=532nm）的吸收率约为40%。绿激光提高了铜材对激光能量的吸收效率，使熔池更加稳定，从而在纯铜3D打印中实现更优异的成形质量，尤其适用于高精度复杂结构的加工需求。

希禾增材绿激光系统采用自研单模绿光光纤激光器，最小光斑直径可达15μm，在高反金属、难熔金属及常规金属材料的复杂结构打印中表现出更高的能量传递效率和更精细的加工能力，大幅提升打印件的致密度和表面质量。在本次打印中，希禾增材结合漫格BP路径规划对设备参数进行精准传递与控制，确保了TPMS结构在打印过程的高精度和高稳定性。

采用希禾增材绿激光3D打印的0.5mm极薄壁厚纯铜液冷板，在表面质量、细节精度和整体尺寸控制方面展现出高水准的制造能力。经过水压测试，该打印件在8MPa压力下持续5分钟无渗漏，致密度超过99.8%，有效避免了传统制造中常见的孔隙、裂纹和表面不均等缺陷，并充分发挥了铜材的热导性能，实现高效散热。

图5 希禾增材绿激光3D打印纯铜散热器件（图源：希禾增材）

国产增材制造的崛起   
希禾增材与漫格科技的此次联合方案，携手打通了从隐式建模、路径规划到高精度打印的完整流程，为0.5mm极薄壁厚的TPMS纯铜散热器的规模化生产提供了突破性的解决方案。这不仅标志着国产CAx软件与金属增材制造能力的成熟协同，也为散热行业的发展带来了一剂强心针。可以预见，在新能源、高性能计算、航空航天等领域的强劲需求驱动下。以希禾增材和漫格科技为代表的国产增材制造力量，将有望引领行业走向更高效率、更高性能的新阶段。