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Inside a retrofitted Pelican case, SPEAR heatsinks sit beside traditional metallic ones. At the Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, engineers have built and tested initial units of a 3D-printed design that aims to reduce size and weight by more than 50% while maintaining thermal capacity.
Dentro de un maletín Pelican reacondicionado, los disipadores térmicos SPEAR se encuentran junto a otros metálicos tradicionales. En el Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins (APL), en Laurel, Maryland, los ingenieros han construido y probado las primeras unidades de un diseño impreso en 3D que busca reducir el tamaño y el peso en más del 50 % sin perder capacidad térmica.
SPEAR is derived from Smart Phase-change Enhanced Re-entry. Its core material is a PCM, or phase-change material: it absorbs and stores heat as it changes from one physical state to another. As the material moves from solid to liquid, it can take in heat without its temperature rising as quickly as a traditional metal heatsink's—much like ice melting in a drink keeps the drink cool.
SPEAR deriva de Smart Phase-change Enhanced Re-entry. Su material principal es un PCM, o material de cambio de fase: absorbe y almacena calor al pasar de un estado físico a otro. Cuando el material pasa de sólido a líquido, puede absorber calor sin que su temperatura aumente tan rápidamente como la de un disipador metálico tradicional, del mismo modo que el hielo al derretirse mantiene fría una bebida.
Traditional phase-change heatsinks are made from complex assemblies of machined parts. Advances in additive manufacturing led the APL team to try a different route: a single-piece heatsink made in-house. The engineers began with a baseline aluminum heatsink, then manufactured two SPEAR designs for side-by-side testing. One had the same volume as the aluminum version; the other was designed to match its thermal capacity while showing the possible reduction in size and weight.
Los disipadores térmicos tradicionales de cambio de fase están hechos de complejos conjuntos de piezas mecanizadas. Los avances en fabricación aditiva llevaron al equipo de APL a probar una vía diferente: un disipador de una sola pieza fabricado internamente. Los ingenieros partieron de un disipador de aluminio de referencia y después fabricaron dos diseños SPEAR para probarlos lado a lado. Uno tenía el mismo volumen que la versión de aluminio; el otro se diseñó para igualar su capacidad térmica y mostrar al mismo tiempo la posible reducción de tamaño y peso.
The SPEAR units were filled, sealed and tested with no leaks. An integrated test unit applied heat to several heatsinks at once and recorded the temperature changes in real time. APL says the comparison demonstrated the expected performance and benefits for SWaP constraints—size, weight and power—while its engineers handled the design, 3D printing, hardware, software and packaging themselves.
Las unidades SPEAR se rellenaron, sellaron y probaron sin fugas. Una unidad de prueba integrada aplicó calor a varios disipadores a la vez y registró en tiempo real los cambios de temperatura. APL afirma que la comparación demostró el rendimiento y los beneficios esperados para las limitaciones de SWaP —tamaño, peso y potencia—, mientras sus ingenieros se encargaron del diseño, la impresión 3D, el hardware, el software y el embalaje.
The approach is designed for systems where electronics generate a lot of heat over short periods but have limited ways to release it. A smaller, lighter heatsink with the same thermal capacity could help fit thermal management into hypersonic, space, radio-frequency, transmitter and interceptor systems. The claim remains at the prototype stage: APL reports initial in-house testing, while no field deployment or production is described.
El enfoque está diseñado para sistemas en los que los componentes electrónicos generan mucho calor durante periodos breves, pero tienen pocas formas de liberarlo. Un disipador más pequeño y ligero con la misma capacidad térmica podría ayudar a integrar la gestión térmica en sistemas hipersónicos, espaciales, de radiofrecuencia, transmisores e interceptores. La afirmación sigue en fase de prototipo: APL informa de unas primeras pruebas internas, pero no describe ningún despliegue sobre el terreno ni producción.