CN108008798A - 基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器及其制造方法,运用了3D打印技术来制造甲壳虫微观表面结构的散热器肋片,在狭窄的空间内可以一次成型,并且精度能满足微观结构表面的要求。通过这样的方式强化散热器肋片表面并且提高了换热效率,与传统散热器制造的散热器更具换热性能。基于甲壳虫微观表面结构的微型散热器,其设计通过仿生物原理将纳米布甲虫鞘翅的微观表面结构呈现在散热器的通道表面。此仿生结构的散热器其表面相对与光滑表面结构的散热器其面积增加了15%‑30%,其不仅能够提高空间利用率,而且能够在增大换热面积同时减少热力效应,并且通过增加散热元件增加换热面积来提高散热器的换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及强化传热技术领域,具体涉及一种基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器及其制造方法。
背景技术
进入信息时代以来,集成电路的发展迅猛,计算机中央处理器(CPU)更新换代之快超出了我们的想象。CPU在处理大量数据时会散发大量的热,这些热流体在短时间内不能处理将会影响CPU的正常运行,散热器的出现能有效的解决CPU发热问题。为了提高散热器的传热效率,很多科技人员通过物理和化学方式对散热器进行研究和制造。通常科技人员会通过强化传热表面,增大散热器的换热面积,改变散热器表面的结构等方式来提高散热器的换热效率。虽然传统的表面强化的方法,具有加工速度快,材料适用范围广,易于成型等优点,但其精度却不能达到生物微观表面结构的的要求。
发明内容
本发明提供一种基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器及其制造方法,其在传统散热器的基础上通过仿生物研究和增加其换热元件的方式来提高散热器的散热性能。
为解决上述问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器,主要由散热基座和多片散热肋片组成;所述散热基座为实心的正方体;所有散热肋片垂直设置在散热基座的四周,并呈梳齿状均匀间隔排布;所述散热肋片完全一致,且为片状;每片散热肋片的表面上设置若干个上凸的散热点;这些散热点呈半球状,并在散热肋片的表面呈规律分布。
上述方案中,所有散热点在散热肋片的表面呈规则矩阵分布。
上述方案中,散热基座、散热肋片和散热点均由铝制材料制成。
上述方案中,所述散热基座的底面还涂覆有导热硅脂。
基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器的制造方法,包括散热肋片的制造,所述散热肋片的制造具体包括步骤如下:
步骤1、运用逆向工程软件对甲壳虫鞘翅微观表面进行三维扫描进行处理,从中提取甲壳虫鞘翅微观表面结构的特征点云;
步骤2、将所提取出的甲壳虫鞘翅微观表面结构的特征点云嵌入到给定的设计空间坐标中,得到向量参数集合;
步骤3、从向量参数集合随机选取特征曲线来构建仿生曲面;
步骤4、对仿生曲面进行光滑性、连续性和误差检测;当仿生曲面的检测结果符合要求时,则创建散热肋片的三维模型;否则,返回步骤3;
步骤5、将创建散热肋片的三维模型导入3D打印机***中,并生成散热肋片的STL文件;
步骤6、根据散热肋片的STL文件生成控制打印参数,并据此完成基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器的散热肋片打印。
与现有技术相比,本发明基于甲壳虫微观表面结构的微型散热器,其设计通过仿生物原理将纳米布甲虫鞘翅的微观表面结构呈现在散热器的通道表面。此仿生结构的散热器其表面相对与光滑表面结构的散热器其面积增加了15%-30%,其不仅能够提高空间利用率,而且能够在增大换热面积同时减少热力效应,并且通过增加散热元件增加换热面积来提高散热器的换热效率。这种基于甲壳虫鞘翅微观表面的仿生风冷式微型散热器可广泛应用与大型的电子产品,特别是电子产品的CPU上,在使用过程中,散热器微观表面的热流体与冷流体交错流动,提高散热性能。此外,运用了3D打印技术来制造甲壳虫微观表面结构的散热器肋片,在狭窄的空间内可以一次成型,并且精度能满足微观结构表面的要求。通过这样的方式强化散热器肋片表面并且提高了换热效率,与传统散热器制造的散热器更具换热性能。
附图说明
图1为基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器的结构示意图。
图2为基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器制造方法的流程图。
图中标号:1、散热基座;2、散热肋片;4、散热点
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。需要说明的是,实例中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等,仅是参考附图的方向。因此,使用的方向仅是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器,如图1所示,主要由散热基座1和多片散热肋片2组成。所述散热基座1为实心的正方体。所有散热肋片2垂直设置在散热基座1的四周,并呈梳齿状均匀间隔排布,2片相互平行的散热肋片2之间形成换热通道。位于散热基座1前后两侧的散热肋片2分别直接固定在散热基座1的前后侧壁上。位于散热基座1左侧的散热肋片2中,位于中间的部分则连接在散热基座1的左侧壁上,而位于两侧的部分则连接在固定于散热基座1前后两侧的散热肋片2中位于最左侧的那块散热肋片2上。位于散热基座1右侧的散热肋片2中,位于中间的部分则连接在散热基座1的右侧壁上,而位于两侧的部分则连接在固定于散热基座1前后两侧的散热肋片2中位于最右侧的那块散热肋片2上。此时,散热器整体呈一个矩形体,该散热器整体尺寸结构为:长为56mm,宽为40mm,高为20mm。
所有散热肋片2完全一致,且为片状。所述散热肋片2基于甲壳虫鞘翅微观表面结构设计,即每片散热肋片2的表面上设置若干个上凸的散热点3。这些散热点3呈半球状,并在散热肋片2的表面呈规律矩阵分布。散热点3的半球半径为0.5mm、每2个散热点3之间的间隔为1mm。由于这样的仿生表面结构增加散热面积约15%-30%,因此能够通过表面强化的方法增加散热面积,其散热效率具有明显提升。
在本发明中,散热基座1、散热肋片2和散热点3均由铝制材料制成,其特点为散热效果较快,装饰效果好。所述散热基座1的底面还涂覆有导热介质,在本发明中,该导热介质采用导热硅脂,其具有良好的导热性、耐高温性、耐老化性和防水性。
本发明在传统散热器的基础上通过仿生物研究和增加其换热元件的方式来提高散热器的散热性能。使用时,将散热器基底底部贴在中央处理器芯片上,并在两者之间填充导热硅脂。散热器的上方设置有风扇。中央处理器芯片发热时,散热基座1通过导热硅脂将热量传递到散热器通道。在风扇的作用下,热流体通过2片相互平行的散热肋片2之间形成换热通道,并与散热肋片2及其散热点3发生热交换,通道中的热流体与冷流体在风扇的作用下交错流动,使得通道内的温度下降,达到换热效果。
由于上述甲壳虫微观表面结构的尺寸要求精度在0.1mm,而甲壳虫微观表面结构的散热点3的半球半径需要达到0.5mm左右,且间隔大约在1mm左右。为达到这种精度要求3D打印技术是一个不错的选择,通过仿甲壳虫微观表面结构来制备散热器,增强其换热效率。
运用仿生学原理,通过逆反工程技术将自然界动植物的微观表面结构数据提取并运用到微型散热器上,通过3D打印这项技术制造出仿生微型散热器。其制造方法简单,适用于仿生微观表面结构产品的生产。根据权利要求,首先需要通过逆反工程技术将甲壳虫微观表面结构数据提取出来并进行三维建模,保存为STL格式,导入3D打印机并运行最后打印出成品。
在制造散热器前,需要通过三维建模软件对甲壳虫微观表面结构的微电子散热器进行模型建立,该模型的表面数据与提取的甲壳虫表面数据大致相同,将该模型转换成STL格式并保存,然后导入3D打印机中,所设计的参数值能达到所述制造方法的精度要求。根据专利要求,在导入模型后其参数精度设定为0.1mm,接着对散热器肋片进行切片处理,设置打印的层次和填充率、支撑架、层高等,在完成这些设定后还需要对喷头的速度温度这行调整,因为这些参数也会影响成型的质量。制造完成后对比表面,甲壳虫微观表面结构与制造出来的肋片表面是否大致符合,若相差巨大需要调整各个参数的设定,然后再进行验证。通过验证后最终或许具有仿生结构的散热器肋片。
具体来说,上述基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器的制造方法,包括散热肋片2的制造,所述散热肋片2的制造如图2所示,其具体包括步骤如下:
步骤1、运用逆向工程软件对甲壳虫鞘翅微观表面进行三维扫描进行处理,从中提取甲壳虫鞘翅微观表面结构的特征点云;
步骤2、将所提取出的甲壳虫鞘翅微观表面结构的特征点云嵌入到给定的设计空间坐标中,得到向量参数集合;
步骤3、从向量参数集合随机选取特征曲线来构建仿生曲面;
步骤4、对仿生曲面进行光滑性、连续性和误差检测;当仿生曲面的检测结果符合要求时,则创建散热肋片2的三维模型;否则,返回步骤3;
步骤5、将创建散热肋片2的三维模型导入3D打印机***中,并生成散热肋片2的STL文件;
步骤6、根据散热肋片2的STL文件生成控制打印参数,并据此完成基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器的散热肋片2打印。
设计方法基于仿生学原理,通过运用仿生学,将自然界的动植物微观表面结构运用到散热器肋片上,然后通过SLA立体平版印刷技术3D打印技术制备打印出仿生微型散热器。在3D打印机***中,通计算机控制激光按零件各层截面信息液态光敏树脂表面进行逐点扫描,扫描区域树脂薄层产光聚合反应固化形零件,原先固化树脂表面再敷层新液态树脂直至三维实体模型,该型速度快自化程度高、形任意复杂形状尺寸精度高,主要应用于复杂、高精度精细工件快速成型。通过模拟得出其微观表面结构有山丘和沟槽其山丘多为半圆形,因此本设计模拟其微观表面结构得出其半圆直径为0.5mm,间隔为1mm。3D打印机能将其打印到散热器肋片上。本发明所使用的3D打印技术制备方法精度要求在0.1mm以上。3D打印技术的制造方法可采用光敏树脂作为原材料制备散热器肋片。
本发明通过逆反工程技术将甲壳虫微观表面结构的表面参数提取出来,然后通过运用三维建模软件建立仿生围观模型。制备的方法是通过SLA立体平版印刷技术3D打印技术制备一种具有甲壳虫微观表面结构的散热器肋片,这种结构的散热器肋片是通过甲壳虫微观表面数据建立的,所述的制造方法打印精度符合了仿甲壳虫表面的尺寸要求,这样的制备方法为将甲壳虫的微观结构表面运用到散热器肋片上提供了可能性。实现一种新型微电子散热器的设计及制造方法。
需要说明的是,尽管以上本发明所述的实施例是说明性的,但这并非是对本发明的限制,因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下,凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式,均视为在本发明的保护之内。
Claims (5)
1.基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器,其特征是,主要由散热基座(1)和多片散热肋片(2)组成;所述散热基座(1)为实心的正方体;所有散热肋片(2)垂直设置在散热基座(1)的四周,并呈梳齿状均匀间隔排布;
所述散热肋片(2)完全一致,且为片状;每片散热肋片(2)的表面上设置若干个上凸的散热点(3);这些散热点(3)呈半球状,并在散热肋片(2)的表面呈规律分布。
2.根据权利要求1所述的基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器,其特征是,所有散热点(3)在散热肋片(2)的表面呈规则矩阵分布。
3.根据权利要求1所述的基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器,其特征是,散热基座(1)、散热肋片(2)和散热点(3)均由铝制材料制成。
4.根据权利要求1所述的基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器,其特征是,所述散热基座(1)的底面还涂覆有导热硅脂。
5.权利要求1所述基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器的制造方法,包括散热肋片(2)的制造,其特征在于:所述散热肋片(2)的制造具体包括步骤如下:
步骤1、运用逆向工程软件对甲壳虫鞘翅微观表面进行三维扫描进行处理,从中提取甲壳虫鞘翅微观表面结构的特征点云;
步骤2、将所提取出的甲壳虫鞘翅微观表面结构的特征点云嵌入到给定的设计空间坐标中,得到向量参数集合;
步骤3、从向量参数集合随机选取特征曲线来构建仿生曲面;
步骤4、对仿生曲面进行光滑性、连续性和误差检测;当仿生曲面的检测结果符合要求时,则创建散热肋片(2)的三维模型;否则,返回步骤3;
步骤5、将创建散热肋片(2)的三维模型导入3D打印机***中,并生成散热肋片(2)的STL文件;
步骤6、根据散热肋片(2)的STL文件生成控制打印参数,并据此完成基于甲壳虫鞘翅微观表面的微型散热器的散热肋片(2)打印。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180508 |