普渡大学：基于仿生学的增材制造散热器设计获得ITherm 设计挑战赛冠军
GE（通用电气）讯，上周，普渡大学团队增材制造散热器设计“The Tempest”赢得了由GE Global Research赞助及GE Additive AddWorks团队支持的2020 年度ITherm 设计挑战赛冠军。
ITherm 设计挑战赛是一项全球性的学生竞赛，是IEEE电子系统热和热机械现象协会年度会议（IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems）的一部分。这个比赛综合了多学科的工程知识，包括设计、材料和传输现象（传热和流体运动）。参赛者包括对传热方面感兴趣的机械工程师，以及对增材制造技术的应用感兴趣的材料科学家。 参赛者展示了大量的创造性思维和独创性理念，巧妙利用增材制造技术，在设备限制的范围内设计创新的冷却解决方案，并确保卓越的冷却性能和增强的用户体验，促进传统制造领域内热管理技术的创新。
普渡大学屡获殊荣的增材制造散热器设计从自然界和人体中汲取灵感。起初，团队将鲨鱼皮的细齿结构带入散热器设计中，鲨鱼皮表面具有微小的牙齿状突起，可以减少在水中的阻力，类似的结构构建在散热器的壁面上，能够最大限度地减少气流压降，并因此减少风扇能耗。这些结构还会将空气进行混合，以显著提高传热效率。
从鲨鱼皮中获得灵感的增材制造散热器设计（图片源自：Purdue Panthers, Purdue University）
据获奖团队——普渡大学黑豹团队（Purdue Panthers）介绍，当空气流过散热器时，它的温度会持续升高，并且逐步失去吸收热量的能力。因此，任何改善散热器性能的关键措施之一是保证新鲜和冷空气的持续供应以及温热空气的及时排出，在整个运行期间，维持散热器持续接收较冷的空气尤为重要。
因此，从仿生学角度，普渡大学团队又将散热器形象的描绘为类似于人类呼吸系统的“肺”，肺通过与外界交换空气而持续工作。在肺呼吸机理的启发下，人们设计了呼吸器，用于从外部吸入冷空气，并通过多孔坡道将热空气排出室外，其通风口类似于人肺中的气囊。基于此，他们带来了获奖散热器设计“The Tempest”。
垂直于中间平面的剖面图（图片源自：Purdue Panthers, Purdue University）
垂直和水平平面的剖面图（图片源自：Purdue Panthers, Purdue University）
这些高效、内部具有复杂功能组合的散热器设计是传统制造方法无法实现的，增材制造（3D打印）在此发挥了无法替代的作用。这些散热器在设计之初就关注了“对增材制造的最佳利用”，为增材制造提升散热器性能开辟了新的机遇。
从人肺中获得灵感的“呼吸器”增材制造散热器设计与气流示意图（图片源自：Purdue Panthers, Purdue University）
增材制造 (Additive manufacturing，AM) 是3D打印的工业名称，这是一种由计算机控制的生产过程，通过沉积材料来创建三维物体。通过使用计算机辅助设计 (CAD)或 3D 扫描仪，增材制造允许创建具有精确几何形状的对象并逐层构建的，这与通常需要机械加工或其他技术来去除多余材料的传统制造（减材制造）形成鲜明对比。
用3D打印来生产散热器（图片源自：Purdue University）
