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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.
All'interno di una valigetta Pelican riconvertita, i dissipatori SPEAR sono affiancati a quelli metallici tradizionali. Presso il Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) di Laurel, nel Maryland, gli ingegneri hanno costruito e testato le prime unità di un progetto stampato in 3D che punta a ridurre dimensioni e peso di oltre il 50% mantenendo la capacità termica.
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 da Smart Phase-change Enhanced Re-entry. Il suo materiale di base è un PCM, ovvero un materiale a cambiamento di fase: assorbe e immagazzina calore quando passa da uno stato fisico all'altro. Quando passa dallo stato solido a quello liquido, il materiale può assorbire calore senza che la sua temperatura aumenti rapidamente come quella di un dissipatore metallico tradizionale, proprio come il ghiaccio che si scioglie in una bevanda mantiene fresca la bevanda.
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.
I tradizionali dissipatori a cambiamento di fase sono realizzati con complesse strutture composte da parti lavorate meccanicamente. I progressi nella produzione additiva hanno spinto il team APL a tentare una strada diversa: un dissipatore monoblocco realizzato internamente. Gli ingegneri sono partiti da un dissipatore in alluminio di riferimento, quindi hanno prodotto due progetti SPEAR per testarli fianco a fianco. Uno aveva lo stesso volume della versione in alluminio; l'altro era progettato per raggiungerne la capacità termica, mostrando al contempo la possibile riduzione di dimensioni e 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.
Le unità SPEAR sono state riempite, sigillate e testate senza perdite. Un'unità di test integrata applicava calore a diversi dissipatori contemporaneamente e registrava in tempo reale le variazioni di temperatura. APL afferma che il confronto ha dimostrato le prestazioni e i vantaggi attesi per i vincoli SWaP — dimensioni, peso e potenza — mentre i suoi ingegneri hanno gestito autonomamente progettazione, stampa 3D, hardware, software e confezionamento.
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.
L'approccio è progettato per sistemi in cui l'elettronica genera molto calore in brevi periodi, ma dispone di possibilità limitate per dissiparlo. Un dissipatore più piccolo e leggero con la stessa capacità termica potrebbe facilitare l'integrazione della gestione termica in sistemi ipersonici, spaziali, a radiofrequenza, trasmettitori e intercettori. La tecnologia resta nella fase di prototipo: APL riferisce di avere svolto i primi test internamente, mentre non vengono descritte applicazioni sul campo né produzioni.