Gli studenti progettano dissipatori di calore stampati in 3D
Un team di studenti di ingegneria meccanica della Purdue University ha progettato un dissipatore di calore stampabile 3D altamente efficiente e pluripremiato.
Il design ispirato alla pelle di squalo ha ottenuto il primo posto nella Virtual Student Heat Sink Design Challenge, una competizione universitaria statunitense organizzata dal Comitato ASME K-16 e dall’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Il concorso è stato anche sostenuto e sponsorizzato dal conglomerato globale GE.
La sfida di progettazione consisteva nel far creare a team di studenti di ingegneria un dissipatore di calore stampabile in 3D, un dispositivo che allontana il calore dai componenti elettronici per mantenerli freschi. L’obiettivo era ottimizzare la dissipazione del calore, i costi complessivi di produzione e la quantità di materia prima necessaria per la produzione.
Soumya Bandyopadhyay, una studentessa di dottorato del team Purdue, spiega: “La chiave per avere potenti dispositivi elettronici è mantenerli freschi. Negli ultimi dieci anni, la produzione additiva ci ha permesso di sviluppare progetti innovativi per nuove soluzioni termiche avanzate ”.
Dopo la prima fase della competizione, i sei migliori team hanno avuto i loro progetti stampati fisicamente in 3D in alluminio su una stampante 3D GE Additive Concept Laser M2 . I dissipatori di calore sono stati quindi testati in condizioni controllate presso la Oregon State University per vedere se le loro prestazioni effettive corrispondevano alle simulazioni.
Gli ingegneri Purdue sono emersi vittoriosi dai test. Il loro design aveva funzionato meglio del previsto, costava meno di quanto inizialmente pensato e aveva persino contribuito notevolmente a ridurre al minimo la quantità di alluminio utilizzato.
Design vincitore di Purdue
Il design del team Purdue è ispirato alla pelle di squalo. La pelle di squalo ha una tessitura superficiale molto caratteristica. Ha milioni di microscopiche protuberanze puntiformi chiamate denticoli, che fanno la loro parte per ridurre la resistenza dell’aria in modo che lo squalo possa nuotare con meno resistenza all’acqua. Poiché le leggi della dinamica dei fluidi si applicano sia ai liquidi che ai gas, gli ingegneri Purdue hanno aggiunto forme simili a un dentello alle pareti del loro design. Di conseguenza, la caduta di pressione è stata ridotta e la miscelazione dell’aria è stata stimolata.
Gli ingegneri hanno anche aggiunto generatori di vortici ispirati alla Formula 1 sulla parte anteriore e posteriore del loro dissipatore di calore. Questi “vortici” creavano intenzionalmente un flusso turbolento nel corpo della struttura, massimizzando così il trasferimento di calore tra le particelle d’aria. Infine, per espellere l’aria calda dal dissipatore di calore, gli studenti hanno implementato una “sezione di protezione respiratoria” tra i due generatori di vortici. Simile alle sacche d’aria in un polmone umano, il respiratore aspira aria fresca dall’ambiente ed espelle l’aria riscaldata attraverso una rampa perforata.
