基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器及其制备方法，其包含TPMS多孔结构，基于TPMS点阵材料的单胞结构公式调节TPMS单胞结构的相对密度，在K3DSurf软件内输入上述公式，得到TPMS点阵材料的单胞结构曲面，导出obj格式的CAD文件，转为stl格式并在UG软件实现布尔操作，得到三维TPMS多孔结构，与块体相交作为单通道的电路板散热器模型，以纯铜作为3D打印材料绿激光3D打印得到。本发明专利技术以TPMS作为散热器的多孔结构，各个点的平均曲率为零，比表面积大且孔道直径较均匀，有利于改善散热器的散热效率，同时克服3D打印纯铜材料激光能量吸收率低和打印困难的问题。光能量吸收率低和打印困难的问题。光能量吸收率低和打印困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器及其制备方法


[0001]本专利技术属于3D打印领域，具体涉及基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，研究人员尝试使用三周期极小曲面(TPMS)设计制造多孔结构，TPMS是一种平均曲率为零的周期性光滑隐式曲面，与其他类型的多孔结构相比，TPMS多孔结构具有两大明显优势：(1)整体TPMS多孔结构可以利用数学表达式精确描述，孔隙率、比表面积等基本性能可以利用函数表达式参数直接控制；(2)TPMS表面非常光滑，没有点阵多孔结构的尖锐转折或连接点，整体结构互相贯通。但是，目前针对TPMS多孔结构在设计、制造和应用关键环节依然存在很多难题亟待解决。
[0003]增材制造技术是制造错综复杂的TPMS多孔结构的理想方法，目前已有各类工艺制造TPMS多孔结构，包括选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、光固化(SLA)、数字光处理(DLP)、熔融沉积成型(FDM)等。通过选择合适的材料与加工工艺，可以制造出各类高精度的TPMS多孔结构，如TPMS多孔结构能量缓冲装置、TPMS组织工程支架、医疗植入物、TPMS多孔结构吸波装置等。传统的散热器多孔结构大部分以人字形板片、凸点型板片、板翅型板片和拓扑板片为主，比表面积小，散热效率低，通常为兼顾一定的力学性能，还需要牺牲一定的孔隙率，其中电路板散热器是热源和空气交换热量的介质，不同于两种溶剂换热的双通道散热器需求，电路板散热器只需要一条通道。现有的3D打印散热器尚未见采用比表面积大的TPMS结构，TPMS结构目前用于结构材料设计和植入体设计，尚未见其用于制备电路板散热器。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提供基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器，以纯铜作为3D打印材料，采用TPMS多孔结构设计。
[0005]本专利技术的另一目的是提供上述基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器的制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供的基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器，其包含TPMS多孔结构，以纯铜作为基材。
[0008]作为优选，所述TPMS多孔结构为Fischer Koch结构。
[0009]本专利技术还提供上述基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、TPMS点阵材料的单胞结构满足如下表所示的公式，基于所述公式调节TPMS单胞结构的相对密度；
[0011][0012][0013]步骤2、在K3DSurf软件内输入如步骤1所示的公式，得到TPMS点阵材料单胞结构的曲面，导出obj格式的CAD文件；
[0014]步骤3、步骤2所述obj格式的CAD文件转为stl格式的CAD文件，在UG软件实现布尔操作，得到三维TPMS多孔结构，转出为stl格式；
[0015]步骤4、所述三维TPMS多孔结构和块体相交，作为单通道的电路板散热器模型；
[0016]步骤5、以纯铜作为3D打印材料，基于所述单通道的电路板散热器模型用绿激光打印机进行3D打印，即得。
[0017]作为优选，所述绿激光3D打印的工艺参数如下表所示：
[0018][0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020](1)本专利技术选用TPMS作为散热器的多孔结构，该结构各个点的平均曲率为零，具有远高于传统散热器多孔结构的比表面积，可以提高散热效率。
[0021](2)本专利技术基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器中，可以采用Fischer Koch多孔结构，比表面积较大，且孔道直径较均匀，有利于改善散热器的散热效率。
[0022](3)本专利技术采用绿激光3D打印纯铜材料制备基于TPMS结构的散热器，可以有效改善铜粉的能量吸收，克服纯铜在3D打印时激光能量吸收率低和打印困难的问题。
[0023](4)本专利技术采用绿激光3D打印具有快速冷却、较大温度梯度以及热循环的特点，制备的纯铜散热器具有较小晶粒和较大屈服强度，有利于提供自支撑，并且可以在保证一起强度的同时增大孔隙率，进一步提升散热效率。
附图说明
[0024]图1为典型的TPMS单胞微结构示意图。
[0025]图2为实施例中三维TPMS多孔结构和块体(A侧或B侧)相交作为单通道的电路板散热器模型的结构示意图。
[0026]图3为实施例中制备的TPMS散热器和传统散热器的结构示意图。
[0027]图4为实施例中六种结构的散热器表面积比较。
[0028]图5为实施例中采用红外激光3D打印的散热器实物图。
[0029]图6为实施例中采用绿激光3D打印的散热器实物图。
[0030]图7为实施例中Fischer Koch结构散热器组装在电路板上的实物图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]实施例1
[0033]本实施例提供基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器的制备方法，其包含TPMS多孔结构，以纯铜作为基材，步骤如下：
[0034]步骤1、TPMS点阵材料的单胞结构满足如表1所示的公式，基于公式调节TPMS单胞结构的相对密度；
[0035]表1：TPMS点阵材料的单胞结构公式
[0036][0037][0038]步骤2、在K3DSurf软件内输入如步骤1所示的公式，得到TPMS点阵材料单胞结构的曲面，导出obj格式的CAD文件；
[0039]步骤3、步骤2所述obj格式的CAD文件转为stl格式的CAD文件，在UG软件实现布尔操作，得到三维TPMS多孔结构，转出为stl格式；
[0040]步骤4、上述三维TPMS多孔结构和块体相交，作为单通道的电路板散热器模型；
[0041]步骤5、以纯铜作为3D打印材料，基于上述单通道的电路板散热器模型用绿激光打印机进行3D打印，工艺参数如表2所示：
[0042][0043]如图1所示，典型的TPMS单胞微结构包括单通道(近乎杆类)和双通道(近乎板类)，TPMS各处平均曲率为零。
[0044]如图2所示，电路板散热器是热源和空气交换热量的介质，不同于两种溶剂换热的双通道散热器需求，电路板散热器只需要一条通道，图1中杆类或板类TPMS均可以作为电路板散热器的适用对象。以杆类TPMS为例，通过TPMS和块体相交，可以取A侧或B侧的块体作为单通道散热器(图2)。
[0045]如图3所示，TPMS散热器和传统散热器中，基底结构相同，多孔结构的孔隙率为61.5％左右，即这几个结构的孔隙率一致本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器，其特征在于，其包含TPMS多孔结构，以纯铜作为3D打印材料绿激光3D打印得到。2.根据权利要求1所述的基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器，其特征在于，所述TPMS多孔结构为Fischer Koch结构。3.权利要求1或2所述基于TPMS结构的3D打印铜质电路板散热器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、TPMS点阵材料的单胞结构满足如下表所示的公式，基于所述公式调节TPMS单胞结构的相对密度；
步骤2、在K3DSurf软件内输入如步骤1所示...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟豪章，李传维，顾剑锋，
申请(专利权)人：上海医钛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：