相比傳統散熱器加工技術，3D打印提供的制造優勢可謂非常之多。例如可以實現非常復雜的TPMS或拓撲優化結構，可以減少制造環節，設計也可以更緊湊等等。

但不同3D打印工藝之間也存在競爭。是采用紅外激光還是綠激光，或者完全不用激光路線，而是粘結劑噴射工藝呢？

理光3D就選擇了后者。筆者注意到，該公司一直在推動采用BJ工藝進行鋁合金散熱器的3D打印量產。為實現這一目標，它已攻克幾大難點。

聚焦BJ工藝3D打印鋁散熱器

目前對散熱有升級要求的領域便是計算中心和電動汽車。理光指出，這些領域中半導體產品的性能在不斷提升，但散熱性能卻跟不上。

為了解決該問題，3D打印行業嗅到了機會，開展各種工藝類型的解決方案提供商均進行了大量嘗試，首屈一指的便是具有更高制造精度和復雜結構實現能力的激光粉末床熔融工藝。

理光粘結劑噴射3D打印的散熱組件

但理光卻認為，該工藝的生產效率還是太低，成本高，并不適合進行大規模生產。

基于此，該公司選擇了被認為能實現金屬3D打印低成本、批量化制造的粘結劑噴射工藝，并且將應用方向聚焦在散熱器領域。

筆者觀察到一個現象，其實截至目前從事BJ金屬3D打印的企業仍然很少，最知名的便是惠普，但它并不將自身技術特別聚焦在某個具體的應用上。

唯有理光，多年來一直死磕散熱器應用。

就具體過程而言，BJ技術使用粘結劑選擇性的噴射在粉末床上，打印出生坯，再進行脫脂和燒結，最終實現冶金結合和致密化。它所使用的粉末比LPBF激光工藝更便宜，制造效率更高，但同時也存在一些制造挑戰。

BJ工藝3D打印鋁散熱器

要克服的挑戰

采用粘結劑噴射技術進行批量3D打印的難點，主要來自材料和后處理。

鋁合金是重要的熱交換材料，導熱性好而且重量輕。但鋁合金也非常容易氧化，其表面氧化膜的存在導致它的燒結極具挑戰性，這為采用BJ工藝大規模生產鋁合金零件非常困難。

除此之外，高性能熱交換組件通常內置復雜的流道，但打印后徹底清除流道內殘留粉末卻并非易事。

理光表示，如果他們能夠克服這些難題，就可以利用3D打印工藝的設計自由度，實現復雜形狀零件的大規模生產，將能夠制造出冷卻性能遠超以往的熱交換部件。

理光兩大技術亮點

為克服上述兩大難題，理光開發了新技術。

首先，他們優化了粉末合金成分、粘結劑配方和燒結條件，實現了鋁合金零件的BJ工藝打印和燒結。該技術顯然為易氧化金屬的BJ工藝打印提供了一種解決方案。

其次，理光開發了一種溶劑型粉末清除技術，即使在非常狹窄的流道內也能可靠地清除粉末。筆者對該技術進行了查詢，發現理光會將打印完的生坯浸沒到特定的溶劑中，溶劑會滲透進沒有被粘結劑粘住的流道粉末中，在超聲波的作用下，這些粉末會變得松散后流出。

利用溶劑去除多余粉末技術的示意圖

這兩個改變對粘結劑噴射3D打印工藝來說具有重要意義，能夠開拓該工藝的更多應用場景。

分塊制造超300mm散熱器

理光表示，通過粘結劑噴射工藝，可以設計出傳統制造方法難以實現的復雜散熱鰭片和冷卻通道。其目標是提供新的冷卻解決方案，最大限度地提高電動汽車逆變器和數據中心CPU/GPU半導體的性能。

該公司近日還展示了一個有代表性的制造案例。

根據應用需求，換熱器部件的尺寸超過300毫米，但采用燒結工藝制造時，尺寸會受到限制。理光對此采用了分散制造的思路，即利用BJ工藝成型復雜的流道部件，并將其與采用傳統方法制造的外殼連接起來。

這種間接式的方案，看起來雖沒有一體制造那樣高大上，但能極大降低大型部件的制造成本。

理光對采用這種方式制造的鋁合金散熱器進行了性能分析。與傳統的銅散熱器相比，采用該技術制造的鋁散熱器具有相當的熱阻，但壓損降低了23%。而且該鋁合金散熱器重150克，比重480克的銅散熱器輕330克。

這就意味著，理光基于BJ工藝實現了冷卻性能可與傳統銅散熱器相媲美的鋁合金散熱器，但是鋁比銅更輕、更便宜。

如果能用鋁散熱器取代銅，利用這些優勢制造高性能熱交換器的可能性，將大大增加。

筆者在寫這篇文章的過程中，感受到一個技術應用的悖論。

也許使用激光3D打印一體化的鋁合金散熱器，制造環節更少，數據可能更好。

但理光采用傳統加工+3D打印的組合方案，但比激光打印成本更低，性能也許不如后者，但比傳統制造的散熱效果更好。

那對于用戶來說，哪種才是更好的解決方案？筆者認為，更好的方案應該是哪個更適合。

理光表示，他們正在努力推動BJ工藝實現鋁合金零件的大規模生產。對此，你如何看待呢？

注：本文由3D打印技術參考創作，未經授權，謝絕轉載。