Det danska företaget AT Lighting ligger bakom konceptet 3D Cooling. Med hjälp av 3d-printning har man utvecklat en unik lösning för passiv kylning av LED-lampor och annan elektronik med hög värmeutveckling. Nästa steg är att förbättra lösningen ytterligare med topologioptimering i ett projekt man döpt till Hypercool.
Som företagsnamnet avslöjar så inriktar man sig i ett första skede på att ta fram kylflänsar för lampor, närmare bestämt LED-baserade sådana. LED-belysning är en relativt ny teknik med ett antal utmaningar framför sig. 3D Cooling går dock att anpassa för en rad ändamål som datorer, batterier och motorer.
– Vad många kanske inte vet är att precis som traditionella glödlampor så avger även LED-lampor värme, säger Jacob Tryde, vd för AT Lighting. Så mycket som 70 procent av energin i en LED-lampa försvinner i värmeutveckling på baksidan av lampan. Och ju varmare lamporna blir, desto mindre ljus avger de. Dessutom förkortas lampans livslängd.
Andra utmaningar med LED-lampor har att göra med ljusstyrka, ljusfärg och ljusriktning. Många lampdesigner, som Poul Henningsens klassiska PH-lampa, bygger på att man använder traditionella glödlampor.
– Vi började därför formge en LED-lampteknik som till formen såg ut som en glödlampa. Denna är moduluppbyggd och det går att montera olika typer av linser i den som påverkar ljusriktning. Och det var i samband med detta arbete som vi insåg att vi även var tvungna att göra något åt kylningen.
Förutsättningarna för en kyllösning var att den skulle vara passiv. Alltså, inga fläktar eller andra lösningar som drog energi. Dessutom skulle lösningen kunna integreras på en rad olika lampor.
– Det var här vi fick upp ögonen för 3d-printtekniken. Vi hade tidigare arbetat med 3d-printning i plast och imponerats över den frihet i formgivningen som tekniken innebär. När vi började formge en kyllösning arbetade vi först utifrån en tvådimensionell struktur som sedan blev tredimensionell.
– Från starten använde vi Solidworks, men vi har stor hjälp av programvara för topologioptimering som ett ingenjörsteam här i Danmark utvecklat för vidare optimering av lösningen. Ett mål med denna programvara är att den ska bidra till att korta vår nuvarande designprocess. I framtiden ska datorn beräkna sig fram till det mest optimala resultatet, vilket sparar en massa tid för vår del.
– Fördelen med att topologioptimera i vårt fall är att vi kan kombinera detta med en manuell formgivning. Vi styr formgivningen i grova drag och sätter ramverket, därefter kommer topologioptimeringen in och sätter funktionaliteten utifrån våra önskemål. På så sätt kan vi uppnå en idealisk mix av ytarea och luftkylningskanaler.
– Vi kom på att vi designat en effektiv kyllösning som kunde integreras väl i olika belysningsprodukter. Det är en struktur som drar nytta av fysikens lagar, där konvektion leder bort värmen från LED-lampan. Vanligtvis packas kylningslösningen in i ett chassi i andra LED-produkter, till exempel i datorer eller bilar.
Materialen som man 3d-printar i är aluminium och koppar. Man har ingen egen metallmaskin, utan skickar alla beställningar till en servicebyrå i England.
– Vi har valt att arbeta med aluminium. Det ger en bra ratio mellan kylningseffekt och vikt. Koppar väger tre gånger mer än aluminium, men kyler två gånger så bra, så i vissa fall, i synnerhet om det handlar om utrymmesbrist, kan vi använda koppar.
– Med tanke på våra volymer är additiv tillverkning det absolut bästa produktionsmetoden och med de unika formerna i 3D Cooling differentierar vi oss mot konkurrenterna rent designmässigt.
Jacob Tryde är en av talarna på årets upplaga av konferensen AM-Dagen – 3d-printning av slutprodukter. Här förklarar han hur arbetet med topologioptimering fortskrider och hur 3d-printning bidrar till att optimera funktionaliteten i företagets LED-lösningar. Läs mer om konferensen här
