2025年1月5日，南極熊獲悉，專注于物理驅(qū)動(dòng)生成設(shè)計(jì)的公司ToffeeX與倫敦帝國(guó)理工學(xué)院(Imperial College London)和伍爾弗漢普頓大學(xué)(University of Wolverhampton)聯(lián)手，在散熱器設(shè)計(jì)方面取得了令人矚目的突破。這項(xiàng)成就不僅展示了創(chuàng)新技術(shù)的力量，也為未來的工程設(shè)計(jì)帶來了新的可能性。
改變熱管理的新方法
在 NATEP 和 Innovate UK 的支持下，“航空航天冷板多尺度優(yōu)化框架 (MOfAC) 項(xiàng)目”旨在徹底改變?cè)O(shè)計(jì)和模擬熱管理系統(tǒng)的方式。這個(gè)項(xiàng)目引入了一種全新的方法——多尺度建?？蚣?，它能夠?qū)?fù)雜的系統(tǒng)分解成更小、更容易處理的部分，從而實(shí)現(xiàn)更快、更精確的設(shè)計(jì)和制造。
NATEP（National Aerospace Technology Exploitation Programme）
NATEP 是英國(guó)的“國(guó)家航空航天技術(shù)開發(fā)計(jì)劃”，旨在支持和促進(jìn)航空航天領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。該計(jì)劃專注于幫助中小企業(yè)（SMEs）開發(fā)新技術(shù)和產(chǎn)品，以增強(qiáng)英國(guó)在全球航空航天市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。NATEP 通過提供資金和技術(shù)援助，鼓勵(lì)企業(yè)與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)合作，加速創(chuàng)新成果的應(yīng)用和商業(yè)化。它特別關(guān)注能夠帶來顯著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的技術(shù)項(xiàng)目。
Innovate UK
Innovate UK 是英國(guó)政府下屬的一個(gè)公共機(jī)構(gòu)，隸屬于商業(yè)、能源及產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部（BEIS）。它的主要使命是推動(dòng)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。Innovate UK 通過資助研究項(xiàng)目、組織競(jìng)賽以及提供咨詢服務(wù)等方式，支持企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)開展前沿技術(shù)研發(fā)。其目標(biāo)是確保英國(guó)在各個(gè)行業(yè)保持領(lǐng)先地位，并通過創(chuàng)新解決社會(huì)面臨的重大挑戰(zhàn)，如氣候變化、健康問題等。Innovate UK 支持的項(xiàng)目涵蓋了廣泛的領(lǐng)域，包括制造業(yè)、醫(yī)療保健、能源、交通等。
傳統(tǒng)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）雖然一直是熱管理中的重要工具，但存在一些局限性：
●高計(jì)算需求：復(fù)雜的模擬需要強(qiáng)大的硬件支持，并且處理時(shí)間較長(zhǎng)。
●有限的設(shè)計(jì)迭代：由于處理速度慢，工程師無法快速測(cè)試多種設(shè)計(jì)方案。
●準(zhǔn)確性權(quán)衡：為了節(jié)省時(shí)間，工程師有時(shí)不得不降低分辨率，這可能導(dǎo)致最終設(shè)計(jì)不夠理想。
MOfAC 項(xiàng)目通過多尺度建模解決了這些問題。它不是一次性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模，而是將問題分解為更小、更易于管理的單元。這種方法不僅縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，還保持了極高的準(zhǔn)確性。工程師可以更快地進(jìn)行多次迭代，探索更多的設(shè)計(jì)可能性，找到最佳解決方案。
銅3D打印的革命
散熱器設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是材料選擇。銅因其出色的導(dǎo)熱性能而成為理想材料，但傳統(tǒng)上難以用3D打印技術(shù)制造。伍爾弗漢普頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過使用先進(jìn)的激光粉末床熔合（L-PBF）技術(shù)和光束整形技術(shù)，成功克服了這一難題。
高純度銅具有極佳的導(dǎo)熱性，但它反射率高，容易氧化，這使得3D打印過程變得復(fù)雜。研究團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)激光技術(shù)和工藝控制，提高了能量吸收率，確保了材料的質(zhì)量。這意味著現(xiàn)在可以用3D打印技術(shù)制造出高性能的銅部件，這對(duì)散熱器設(shè)計(jì)來說是一大進(jìn)步。
伍爾弗漢普頓大學(xué)制造技能精英中心 (ECMS) 和工程創(chuàng)新與研究中心 (CEIR) 主任 Arun Arjunan 教授表示：“與 ToffeeX 和倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的合作，推動(dòng)了 L-PBF 銅打印和散熱器設(shè)計(jì)的突破。我們將繼續(xù)開發(fā)創(chuàng)新解決方案，以滿足各行業(yè)對(duì)高效熱管理系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的需求?！?/span>
多尺度建模的優(yōu)勢(shì)
多尺度建模帶來的優(yōu)勢(shì)不僅僅在于提高效率，還包括：
●計(jì)算效率：減少了對(duì)高性能計(jì)算機(jī)的需求，降低了成本并加快了設(shè)計(jì)周期。
●卓越性能：采用多尺度框架設(shè)計(jì)的散熱器不僅散熱效果更好，而且更加耐用，適用于各種高科技領(lǐng)域，如氫燃料電池、先進(jìn)電子產(chǎn)品和航空航天冷卻系統(tǒng)。
●可持續(xù)性：通過優(yōu)化能源使用和提供更有效的冷卻方式，符合全球碳減排和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
物理驅(qū)動(dòng)生成設(shè)計(jì)的未來
MOfAC 項(xiàng)目展示了物理驅(qū)動(dòng)生成設(shè)計(jì)的巨大潛力。ToffeeX 的高級(jí)工程師 Nicholas Raske 表示：“這次合作體現(xiàn)了跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作的力量，結(jié)合尖端制造和研究專業(yè)知識(shí)，以應(yīng)對(duì)關(guān)鍵的工程挑戰(zhàn)。我們很高興能夠引領(lǐng)這次創(chuàng)新?！?/span>
生成設(shè)計(jì)結(jié)合多尺度建模和銅3D打印技術(shù)，為工程師提供了前所未有的靈活性和精度。這種創(chuàng)新不僅可以提升傳熱性能，還能顯著降低能源需求和二氧化碳排放，推動(dòng)向更可持續(xù)的未來過渡。
總結(jié)
ToffeeX 與頂尖大學(xué)的合作正在重塑工程領(lǐng)域的可能性，為熱管理提供更快、更好、更環(huán)保的解決方案。通過引入多尺度建?？蚣芎透呒兌茹~3D打印技術(shù)，他們不僅解決了傳統(tǒng)方法的局限性，還為未來的工程設(shè)計(jì)鋪平了道路。對(duì)于學(xué)生和年輕工程師來說，這是一個(gè)充滿機(jī)遇的新領(lǐng)域，值得深入探索和發(fā)展?？傊?，這項(xiàng)合作不僅是技術(shù)創(chuàng)新的勝利，也是跨學(xué)科合作的成功范例，展示了當(dāng)不同領(lǐng)域的專家攜手合作時(shí)，可以創(chuàng)造出怎樣的奇跡。無論是對(duì)于工業(yè)界還是學(xué)術(shù)界，這都是一個(gè)值得慶祝的里程碑。
