A ToffeeX, uma empresa de design generativo baseada em física, em parceria com o Imperial College London e a Universidade de Wolverhampton, atingiu um marco inovador em design de dissipadores de calor por meio do uso inovador de modelagem multiescala e impressão 3D de cobre de alta pureza.
Apoiado pela NATEP e Innovate UK, o ‘Multiscale Optimisation Framework for Aerospace Cold-Plates (MOfAC) Project‘ está definido para transformar sistemas de gerenciamento térmico, demonstrando uma nova abordagem para design e simulação. O framework de modelagem multiescala está remodelando o que é possível na engenharia – fornecendo soluções mais rápidas, melhores e mais ecológicas para gerenciamento térmico.
Gestão térmica
A dinâmica de fluidos computacional (CFD) tem sido uma ferramenta essencial no gerenciamento térmico, mas enfrenta desafios significativos, incluindo altas demandas computacionais — simulações complexas exigem hardware potente e longos tempos de processamento; iterações de projeto limitadas — o processamento lento restringe quantas iterações podem ser exploradas; e compensações de precisão — os engenheiros frequentemente comprometem a resolução para economizar tempo, arriscando projetos abaixo do ideal.
O projeto MOfAC introduziu a estrutura de modelagem multiescala, que aborda esses desafios repensando como os sistemas térmicos são simulados. Em vez de modelar um sistema inteiro de uma só vez, ele divide o problema em unidades menores e gerenciáveis chamadas ‘células unitárias’.
Diferentemente do CFD tradicional, a modelagem multiescala reduz o tempo de design, mantendo precisão excepcional. Essa eficiência permite que os engenheiros iterem mais rápido e explorem possibilidades de design mais amplas com velocidade e precisão inigualáveis.
Além disso, aproveitando o cobre de alta pureza — um material conhecido por sua condutividade térmica, mas historicamente difícil de imprimir em 3D — a Universidade de Wolverhampton empregou a tecnologia avançada de fusão a laser em leito de pó (L-PBF) para produzir o primeiro espécime usando a nova estrutura de modelagem multiescala.
Modelagem multiescala
Os benefícios incluem eficiência computacional – reduzindo a necessidade de sistemas de alta potência enquanto acelera os ciclos de design; desempenho superior – dissipadores de calor projetados com esta estrutura oferecem eficiência térmica e durabilidade excepcionais e podem ser usados em células de combustível de hidrogênio, eletrônicos avançados, sistemas de resfriamento aeroespacial e muito mais; e sustentabilidade – alinhando-se com as metas globais de redução de carbono e engenharia sustentável, otimizando o uso de energia e fornecendo resfriamento mais eficaz.
“A ToffeeX tem orgulho de liderar esta inovação em colaboração com o Imperial College London e a University of Wolverhampton. Esta parceria exemplifica o poder do trabalho em equipe interdisciplinar, onde a fabricação de ponta e a expertise em pesquisa se unem para abordar desafios críticos de engenharia. Os recursos de modelagem multiescala e impressão 3D de cobre estão remodelando o que é possível na engenharia, fornecendo soluções mais rápidas, melhores e mais ecológicas para gerenciamento térmico”, disse Nicholas Raske, engenheiro sênior da ToffeeX.
Inovação em AM de cobre
As propriedades térmicas excepcionais do cobre o tornam ideal para dissipadores de calor, mas sua alta refletividade e tendência a oxidar historicamente representam desafios para a manufatura aditiva. A alta refletividade reduz a absorção de energia durante processos baseados em laser, enquanto a oxidação pode degradar a qualidade do material.
O AMFM Research Group da University of Wolverhampton abordou essas questões usando tecnologia avançada de laser e técnicas de modelagem de feixe. Ao melhorar a absorção de energia e garantir o controle preciso do processo, eles permitiram a produção escalável de componentes de cobre de alto desempenho, estabelecendo um novo padrão na manufatura aditiva.
“Trabalhar com a ToffeeX e o Imperial College London expandindo os limites da impressão de cobre L-PBF e do design de dissipador de calor destaca o potencial da manufatura aditiva e do gerenciamento térmico. Ao combinar nossa expertise em materiais avançados e tecnologias de impressão 3D, continuaremos a desenvolver soluções inovadoras que atendam à crescente demanda por sistemas de gerenciamento térmico eficientes em vários setores”, disse o professor Arun Arjunan, diretor do Elite Centre for Manufacturing Skills (ECMS) e do Centre for Engineering Innovation and Research (CEIR) da universidade.
Design generativo
O projeto MOfAC demonstra o potencial de mudança de jogo do design generativo orientado por física. Os algoritmos avançados da ToffeeX e a estrutura multiescala permitem que engenheiros alcancem designs ideais mais rapidamente, impulsionando eficiências em vários setores.
Integrar modelagem multiescala com impressão 3D de cobre também marca um avanço. Ela oferece desempenho de transferência de calor aprimorado enquanto reduz as demandas de energia. Ao inovar com designs de cobre puro, os engenheiros podem atingir eficiência térmica superior e emissões de CO2 significativamente menores, avançando a transição para um futuro mais sustentável. Para saber mais sobre design generativo acesse o nosso site.
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