熔融增材電源寬溫域散熱技術(shù)研究

熔融增材制造常需在 - 30℃~85℃的寬溫域環(huán)境下工作（如戶外作業(yè)、航空航天部件制造），傳統(tǒng)風(fēng)冷或單一液冷方案在極端溫度下易出現(xiàn)散熱失效，導(dǎo)致電源功率器件過熱或低溫啟動(dòng)困難，因此需研發(fā)自適應(yīng)寬溫域散熱系統(tǒng)。
該散熱技術(shù)采用 “復(fù)合相變散熱 + 智能溫控” 設(shè)計(jì)：散熱核心單元由熱管、均熱板與相變材料（PCM）組成，PCM 選用石蠟 - 膨脹石墨復(fù)合材料，相變溫度區(qū)間為 45℃~55℃，當(dāng)功率器件溫度升至 45℃時(shí)，PCM 吸收熱量發(fā)生相變，延緩溫度上升；熱管采用溝槽式結(jié)構(gòu)，熱傳導(dǎo)效率較光滑熱管提升 30%，將熱量快速傳導(dǎo)至均熱板；均熱板表面覆蓋石墨烯導(dǎo)熱膜，進(jìn)一步擴(kuò)大散熱面積。
溫控系統(tǒng)通過溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度與器件溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于 - 10℃時(shí)，啟動(dòng)加熱片對(duì) PCM 加熱，確保其處于固態(tài) - 液態(tài)過渡區(qū)間，避免低溫下導(dǎo)熱性能下降；當(dāng)環(huán)境溫度高于 60℃時(shí)，開啟液冷回路，冷卻液選用乙二醇 - 水混合液（體積比 5:5），冰點(diǎn)低至 - 35℃，通過流量調(diào)節(jié)閥控制冷卻液流速，實(shí)現(xiàn)散熱功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，在 - 30℃~85℃環(huán)境溫度范圍內(nèi)，電源 IGBT 模塊的溫度始終控制在 - 10℃~70℃的安全區(qū)間，功率循環(huán)壽命較傳統(tǒng)散熱方案延長 2 倍。該技術(shù)成功應(yīng)用于戶外熔融增材設(shè)備，保障了極端環(huán)境下電源的穩(wěn)定運(yùn)行。