Introducción
Elegir el proceso de fabricación correcto es realmente importante cuando se fabrican disipadores de calor, especialmente si se trabaja con aluminio y se necesita producir muchos de ellos. Cada método viene con su propio conjunto de ventajas y desventajas-- algunas mantienen los costos bajos, otras le permiten ser creativo con los diseños y otras mejoran el rendimiento térmico. Si tiene una gran producción, la extrusión, la fundición a presión, el estampado y la forja generalmente hacen el trabajo de manera rápida y eficiente. Por otro lado, el mecanizado CNC y el biselado son mejores para casos especiales o cuando necesitas un rendimiento de primer nivel. Analicemos estos enfoques principales-extrusión, fundición a presión, mecanizado CNC, forjado, estampado y biselado-y veamos en qué son buenos, en qué se quedan cortos y cuándo tiene sentido utilizar cada uno de ellos.
Extrusión
La extrusión es el método preferido-para fabricar disipadores de calor de aluminio. Así es como funciona: se calienta aluminio-generalmente aleaciones como 6061 o 6063-y se empuja a través de un troquel personalizado. Ese troquel da forma al metal en piezas largas con aletas incorporadas. Una vez que tengas el troquel, puedes extraer toneladas de estos perfiles rápidamente, lo que realmente reduce el costo por pieza.
Los resultados también son bastante sólidos. Obtendrá disipadores de calor con una excelente conductividad térmica y un acabado agradable y suave.-La gente señala que los disipadores extruidos generalmente funcionan mejor y se ven más limpios que otros tipos. Pero hay un problema. Estás atrapado con formas bastante básicas. El troquel te limita a perfiles rectos y simples, así que olvídate de cualquier cosa muy ancha o complicada.
Aún así, los disipadores de calor extruidos aparecen en todas partes: computadoras, equipos de telecomunicaciones, amplificadores de potencia, luces LED.-En cualquier lugar donde necesites un disipador de calor barato, eficiente y de aletas rectas-, probablemente encontrarás uno.
fundición a presión
La fundición a presión funciona forzando el aluminio fundido a entrar en un molde de acero bajo una tonelada de presión. Este método le permite fabricar disipadores de calor con todo tipo de formas y detalles integrados-que simplemente no son posibles con la extrusión. Ecotherm Group lo expresa de manera bastante simple: la fundición a presión proporciona "piezas fuertes que mueven bien el calor" y usted puede diseñar todas esas características complicadas-aletas delgadas, orificios de montaje, lo que sea que necesite-directamente en la pieza.
Ahora, la verdadera magia ocurre cuando haces muchas de estas cosas. Claro, las herramientas cuestan mucho desde el principio, pero una vez que se superan las 5000 piezas, el precio por pieza cae como una roca porque el proceso es rápido y puede automatizarse en gran medida. Es por eso que verás disipadores de calor fundidos por todas partes.-Luces LED, dispositivos electrónicos para automóviles, fuentes de alimentación, lo que sea. En cualquier lugar donde necesite algo con una forma complicada para enfriar dispositivos electrónicos, probablemente la fundición a presión esté detrás.
Sin embargo, hay un par de desventajas. Las aleaciones de aluminio utilizadas en la fundición a presión no transfieren calor tan bien como las aleaciones 6061 o 6063 que se usarían para extrusiones o forjados. Las piezas terminadas también tienden a ser un poco más pesadas. Y si necesita superficies o roscas absolutamente planas, probablemente tendrá que realizar un mecanizado adicional después de la fundición. Aún así, si está fabricando muchas piezas y necesita formas complicadas, la fundición a presión le brinda una combinación sólida de bajo costo y flexibilidad de diseño.
Mecanizado CNC
El mecanizado CNC comienza con un trozo sólido de metal y lo esculpe en un disipador de calor, prácticamente de cualquier forma que desee. RapidDirect señala que, si bien la extrusión y la fundición a presión funcionan bien para piezas simples y de gran volumen-, el CNC destaca cuando se necesita un rendimiento real. Es la opción-para trabajos que requieren aletas multi-direccionales complicadas o características pequeñas y detalladas que el moldeo simplemente no puede manejar. Además, el CNC no se detiene ahí:-puede agregar orificios de montaje, cavidades internas o roscas, todo de una sola vez, lo que significa menos pasos posteriores.
Pero aquí está el problema: el CNC es lento y costoso si necesita muchas piezas. Lori Thermal incluso dice que el CNC te brinda una gran libertad de diseño, pero pagas por ello-literalmente. Entonces, en el mundo real, la mayoría de las personas recurren al CNC para realizar prototipos personalizados, tiradas pequeñas o para concretar un diseño antes de pasar a la producción en masa.
Forja
La forja en frío elimina los disipadores de calor comprimiendo metal en un troquel, y es bastante bueno en eso. Lori Thermal señala que la forja en frío incluye una tonelada de aletas-pasadores redondos o elípticos-para una importante transferencia de calor, especialmente donde el aire se mueve rápidamente. Estos fregaderos forjados también terminan siendo fuertes, con una estructura firme y uniforme en todos sus lados.
Este método se ve principalmente con elementos especializados de alta-potencia-piense en bastidores de servidores o amplificadores de RF. Sin embargo, hay un problema: el troquel te limita a repetir patrones de pines, por lo que tus opciones de forma están un poco limitadas. ATS en realidad llama a los disipadores de calor forjados "de rendimiento medio" y económicos-, pero no te dejan mucho con qué jugar cuando se trata de diseño de flujo de aire.
Para grandes tiradas de fabricación, la forja queda justo en el medio. Es mejor que las aletas estampadas baratas, pero no tan exacta-ni cara-como las placas extruidas de precisión.
Disipadores de calor fabricados mediante diferentes métodos de fabricación.
Estampado
Las prensas de estampado producen disipadores de calor a partir de finas láminas de aluminio, y todo funciona rápido y prácticamente en piloto automático. Lori Thermal dice que el estampado funciona muy bien cuando necesitas bombear toneladas de disipadores de calor. Verás estos disipadores estampados en dispositivos como adaptadores, enrutadores o paneles LED-lugares donde no necesitas un rendimiento increíble, solo una gran cantidad de piezas.
ATS lo expresa de forma sencilla: una vez que se han configurado las herramientas, el estampado puede automatizarse por completo y las piezas salen muy baratas-a veces incluso menos que las extruidas. Además, los punzones y troqueles pueden incluir extras como pestañas u orificios de ventilación a medida que funcionan, lo que facilita el montaje.
¿La desventaja? Las aletas estampadas terminan siendo más gruesas y más espaciadas que las aletas extruidas, por lo que se pierde algo de eficiencia térmica para cada aleta. Aún así, si necesita miles de disipadores de calor que tengan el mismo aspecto y está cuidando los costos, el estampado es el camino a seguir, siempre y cuando no necesite nada demasiado sofisticado en el diseño de sus aletas.
esquivar
El raspado corta las aletas directamente de un bloque sólido de metal, por lo que se obtiene un disipador de calor que es una sola pieza-aletas y base fusionadas. MyHeatSinks señala que no hay costura entre las aletas y la base, por lo que el calor se mueve muy bien a través de ellas y todo se mantiene resistente. Los disipadores de calor biselados pueden tener aletas ultra-delgadas y apretadas, lo que significa mucha más superficie en comparación con los disipadores extruidos normales. Es por eso que la gente los usa para cosas de alto-rendimiento en espacios reducidos, como-refrigeradores de CPU de alta gama o módulos LED-básicamente en cualquier lugar donde necesites toda la potencia de enfriamiento que puedas exprimir. Necesitas cuchillas y máquinas especiales para pelar, pero no necesitas un montón de herramientas personalizadas costosas, por lo que funciona tanto para prototipos como para producción completa. Una desventaja: estos disipadores de calor tienden a ser pesados debido a la base gruesa y deben configurarse para que el flujo de aire les llegue correctamente. El skiving no es común en tiradas de producción realmente masivas, pero cuando se necesita la mejor refrigeración en el espacio más pequeño, es difícil de superar.
Conclusión
Cada método de fabricación tiene su punto óptimo. Cuando necesita toneladas de disipadores de calor de aluminio, la extrusión, el estampado y la fundición a presión hacen la mayor parte del trabajo pesado. Cada uno maneja el costo y la complejidad de manera un poco diferente. El mecanizado CNC y el raspado intervienen cuando necesitas algo realmente preciso o un rendimiento de primer nivel. Un experto lo expresó de manera simple: "Los disipadores de calor fundidos funcionan mejor para trabajos complicados y de gran volumen-, mientras que los disipadores de calor extruidos ahorran dinero y funcionan bien para formas básicas". Conocer estas diferencias ayuda a los diseñadores a elegir el enfoque correcto para su proyecto, en lugar de limitarse a adivinar.
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