一、引言

随着电子设备和机械系统向高性能、小型化、集成化方向发展，散热问题成为制约其发展的关键因素之一。传统散热方式在复杂几何结构和高热流密度场景下逐渐力不从心。3D打印技术的出现为解决这一问题提供了新的思路，通过增材制造可以实现传统加工方法难以实现的复杂散热结构，同时提高散热效率和性能。

 二、3D打印导热胶泥的制备

 （一）材料选择

1. 导热填料：常用的导热填料包括六方氮化硼（h-BN）、碳纤维（CF）、石墨烯、氧化铝等。这些填料具有高导热性、良好的化学稳定性和绝缘性。例如，六方氮化硼具有显著的各向异性导热性能，面内导热系数远高于面外，通过3D打印技术可以实现其有序对齐，从而提高导热性能。

2. 基体材料：基体材料通常为热塑性聚合物，如聚乳酸（PLA）、聚环辛烯（PCO）、热塑性聚氨酯（TPU）等。这些材料具有良好的可加工性和机械性能，能够与导热填料良好结合。 

 （二）制备工艺

1. 混合与塑化：将导热填料与基体材料在高速混合机中搅拌混合3-10分钟，然后在双螺杆挤出机中进行混炼塑化，制备成1.75mm的线材。

2. 3D打印：将制备好的线材放入熔融沉积成型（FDM）3D打印机中，按照给定的CAD模型打印制件。打印过程中可以通过调整喷嘴直径、层厚、打印速度等参数来优化导热填料的取向和分布。

 三、高导热复杂几何散热结构的增材制造实践

 （一）复杂结构设计

3D打印技术可以实现传统加工方法难以实现的复杂散热结构，如微小通道、蜂窝结构、三维网络结构等。这些复杂结构能够有效增加散热面积和热传导路径，提高散热效率。例如，德马吉森精机通过混合增材制造设备将铜与不锈钢3D打印为一体化热交换器结构件，将需要热交换效率高的部位用铜金属来制造，提高了热交换效率，并节约了成本。 

 （二）导热填料的取向控制

3D打印技术可以有效控制导热填料的取向结构，甚至可以制备出三维网络结构。例如，通过3D打印技术制备的碳纤维/氧化铝/硅橡胶复合材料，当添加12%的碳纤维以及30%的氧化铝填料时，复合材料的导热系数显著提高。此外，石墨烯填充热塑性聚氨酯（TPU）复合材料的制备也表明，3D打印技术可以实现石墨烯的有序排列，从而提高复合材料的导热性能。 

 （三）溶剂处理技术

在3D打印过程中，可以通过喷洒含有导热填料粒子的溶剂来进一步提升制件的导热性能。例如，在打印过程中每间隔一定时间喷洒含有导热填料粒子的溶剂，溶剂中的导热粒子会沉积在相邻沉积线条的空隙中，从而促使Z轴方向导热网络的建立。

 四、应用案例

 （一）电子设备散热

3D打印的高导热复合材料可用于电子设备的散热，如电池热管理、电子封装等。例如，通过3D打印技术制备的石墨烯/TPU复合材料，其导热性能显著优于传统颗粒增强聚合物复合材料，可用于电池热管理等可扩展的热相关应用。 

 （二）热交换器与散热器

3D打印技术可以制造一体化的热交换器和散热器结构，提高热交换效率并节约成本。例如，德马吉森精机通过SLM粉末床金属熔化技术制造散热结构的底部，然后通过混合增材制造设备进行蜂窝结构的加工，避免了焊接需求，提高了加工效率。

 五、结论

3D打印导热胶泥技术为高导热复杂几何散热结构的制造提供了新的途径。通过合理选择导热填料和基体材料，优化3D打印工艺参数，可以实现导热填料的有序排列和复杂结构的制造，从而显著提高散热性能。这一技术在电子设备散热、热交换器与散热器等领域具有广阔的应用前景。