熔融增材電源寬溫域散熱技術研究

熔融增材制造常需在 - 30℃~85℃的寬溫域環境下工作（如戶外作業、航空航天部件制造），傳統風冷或單一液冷方案在極端溫度下易出現散熱失效，導致電源功率器件過熱或低溫啟動困難，因此需研發自適應寬溫域散熱系統。
該散熱技術采用 “復合相變散熱 + 智能溫控” 設計：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 - 膨脹石墨復合材料，相變溫度區間為 45℃~55℃，當功率器件溫度升至 45℃時，PCM 吸收熱量發生相變，延緩溫度上升；熱管采用溝槽式結構，熱傳導效率較光滑熱管提升 30%，將熱量快速傳導至均熱板；均熱板表面覆蓋石墨烯導熱膜，進一步擴大散熱面積。
溫控系統通過溫度傳感器實時監測環境溫度與器件溫度，當環境溫度低于 - 10℃時，啟動加熱片對 PCM 加熱，確保其處于固態 - 液態過渡區間，避免低溫下導熱性能下降；當環境溫度高于 60℃時，開啟液冷回路，冷卻液選用乙二醇 - 水混合液（體積比 5:5），冰點低至 - 35℃，通過流量調節閥控制冷卻液流速，實現散熱功率的動態調節。實驗測試表明，在 - 30℃~85℃環境溫度范圍內，電源 IGBT 模塊的溫度始終控制在 - 10℃~70℃的安全區間，功率循環壽命較傳統散熱方案延長 2 倍。該技術成功應用于戶外熔融增材設備，保障了極端環境下電源的穩定運行。