跟着5G期间的到来，电子筑立急迅的向着越来越集成化、成效化的道途上繁荣，而电子筑立正在高功率工况使命下会正在筑立内部爆发大批的热量，若未实时将热量传导出去则会形成筑立的安然隐患，据统计，电子筑立的失效有55 %是温度超出允诺值而惹起的，因而电子筑立的热解决功能是限制其繁荣的首要身分之一。
关于电子元器件而言，集结物基导热复合资料具有奇特的机闭和易改性、易加工的特质，使其具有其他资料弗成比较、弗成代替的优异功能。然则普通高分子集结物都是热的不良导体，其导热系数普通都低于0.5 W/（m•K）。单纯地增加高导热填料（金属类、碳类、陶瓷类）能够有用推广集结物基复合资料的导热系数，但同时也带来了较大的接触热阻，因而修建三维收集互锁机闭的导热填料能够大水准地普及复合资料的导热功能。目前，修建三维收集机闭的式样要紧有泡沫法、冻干取向法、磁取向、力取向、静电植绒法、3D打印法等。
3D打印技能征求基于加热熔融、 激光烧结或光照固化等式样将资料逐层聚集成形，能够按需打算并制备守旧加工式样难以完成的纷乱机闭。熔融浸积成形应用的是丝材，激光选区烧结则应用的是粉材。工业上常用的集结物原料公众以颗粒为主，制成丝材或粉材都要举办二次加工，普及了3D打印耗材的应用本钱。守旧的加工设施只可加工成型具有特定样式的导热产物，比如板、管或片材等。
无论是从外观依然内部机闭上，3D打印技能能够极大地扩充导热产物的众样性。以往都是将导热填料列入到集结物基体中，但因为无法管制导热填料的取向，从而只可通过增大导热填料的含量来推广复合资料的导热系数，普及导热系数的同时也大大普及了复材内部热阻，因而采用这种式样关于普及导热系数依然较为有限的。3D打印技能能够有用的管制导热填料的取向机闭，乃至能够制备出三维收集机闭，这对导热复合资料来说口舌常有利的。
3D打印技能给与导热复合资料加倍完好的取向机闭，这有用普及了复合资料的热解决功能，这为电池热解决、电子封装、热界面散热、航天航空等周围供应了热相干运用。目前3D打印技能导热复合资料所用3D打印资料征求集结物资料、金属资料、陶瓷资料等。以光固化树脂、聚乳酸（PLA）、丙烯腈⁃丁二烯⁃苯乙烯（ABS）、聚苯硫醚（PPS）、聚氨酯（PU）、聚酰胺（PA）、聚醚醚酮（PEEK）等种种集结物为基体的导热资料能够应用正在散热器、热调换器或模具加工的资料（往往正在体例之间必要热调换的任何地方），与比如金属等同物比拟，具有质轻、可加工性强、本钱低、高强度等成效性便宜。因而本文将先容通过3D打印技能制备成形差异集结物复合导热填料的进程，要紧征求碳纤维型导热复合资料、石墨烯型导热复合资料、碳纳米管型导热复合资料、氮化硼型导热复合资料、液态金属型导热复合资料等，如图1所示。采用3D打印法制备的上述导热复合资料能够正在低导热填料体积下取得较大的导热系数。
碳纤维（CF）是一种要紧由碳元素构成的迥殊纤维。CF的分子机闭介于石墨和金刚石之间。碳纤维除了质料轻、纤维度好、抗拉强度高除外，还具有普及碳资料的高导电性和导热性。因为碳纤维资料的各式便宜，它正在摩登工业中获得了渊博的运用。碳纤维导热复合资料的导热功能往往介于金属资料和集结物资料之间，且导热功能可按照碳纤维含量和基体资料的选拔举办调剂。正在碳纤维导热复合资料的制备进程中，常采用的设施是将碳纤维与导热集结物基体混淆，但无序的导热填料会加大热阻，从而局部导热系数的擢升。3D打印技能能够竖立起三维碳纤维机闭推广纤维的取向度，推广导热途途。极大限定的取向机闭能够使得碳纤维复合资料应用正在各向异性的定制型机器零部件散热周围，况且因为碳纤维还具备必定的机闭强度，还能够做极少机闭导热件。Ji等操纵3D打印技能制备了具有定向机闭的碳纤维/氧化铝/硅橡胶复合资料，制备示希图如图2所示。当增加12 %（体积分数，下同）的CFs以及30 %的氧化铝填料下，复合资料的导热系数［7.36 W/（m•K）］具有比无别组分的锻制复合资料［4.22 W/（m•K）］更高的导热系数。这声明3D打印技能修建了碳纤维的取向机闭，同时和氧化铝颗粒的协同效率有用的低落了界面热阻，从而普及了复材的导热功能。
外1是3D打印法制备的差异品种的碳纤维复合资料。从外中能够看出操纵3D打印的式样制备获得的复合资料导热系数均有所推广。3D打印技能给与复材内部集聚了良众的取向填料机闭，这对导热功能的擢升有着显著的胀动效率。3D打印制备碳纤维导热复材也冉冉地从简单的碳纤维/集结物打印填料往众种导热填料基质协同宗旨繁荣，比方操纵h⁃BN的颗粒机闭填充至碳纤维的搭接处从而减小孔隙。关于3D打印碳纤维复材来说，确保碳纤维正在丝束或粉末中的平均分别是要害点，分别平均则能够有用的低落碳纤维和树脂界面间的接触热阻且可最大化地操纵碳纤维的取向。
石墨烯行动一种新型二维资料，具有至极高的导热性和优秀的导热性，常行动填料来取得高导热复合资料。3D打印技能能够管制石墨烯的取向，普及现有电子筑立的石墨烯薄膜散热片的面外导热系数，为电子筑立的安然功能供应保证。Guo等学者提出了一种轻省、经济的3D打印设施来制备石墨烯填充热塑性聚氨酯（TPU）复合资料，制备进程如图3所示。得益于石墨烯优秀的取向度的各向异性机闭打算，以及通过严密管制打印参数完成的众标准致密机闭。正在3D打印进程中，因为挤压爆发的剪切力以及与基材（或基层）的压缩效率，石墨烯薄片正在厚度宗旨上目标于造成错误称罗列的机闭。通过合理调剂打印参数，有用地治理了闲暇和界面题目。石墨烯含量为45 %（质料分数）时，笔直罗列的石墨烯/ TPU复合资料的通平面TC约为12 W/（m•K），超出了很众守旧颗粒巩固集结物复合资料。别的，有限元设施证据了各向异性机闭打算对高效热传导的首要性。该考虑为开荒3D打印石墨烯基集结物复合资料供应了有用途径，可用于电池热解决、电封装等可扩展的热相干运用。
填料正在3D打印进程中喷嘴爆发的剪切力效率下，沿3D打印途途法则对齐即各向异性填料目标于沿着打印机喷嘴的转移宗旨定向。外2枚举了3D打印法制备高导热石墨烯复合资料考虑成绩，从外中能够看出采用3D打印法制备的石墨烯导热复合资料均具有优异的导热性。罗列有序的填料机闭，这至极有利于复材导热功能的擢升。石墨烯和其他填料的协同效率已被渊博运用于改性资料以取得更好的功能。云云的混淆收集能够大大低落填料之间的热阻，有用普及资料的导热性。然而，闭于石墨烯和杂化填料普及导热功能的考虑仍旧有限，其协同机制还不敷了了。
碳纳米管的导热功能为2500~6000 W/（m•K），被渊博运用于导热高分子复合资料中。通过将碳纳米管列入到集结物平分散平均，再操纵3D打印技能将其打印成型，不但能够普及复材的热解决功能，还能够正在必定水准上巩固复材的力学功能。碳纳米管型导热复材不但能够应用于导热周围，还能够用于电磁樊篱周围。Shengyou Pan等学者采用3D打印法制备出了PPS/CNT⁃MIPs复合资料。图4为PPS/CNT⁃MIPs长丝的制备流程示希图。考虑者正在三颈烧瓶中对PHMI、MMA、NDM AIBN和MEK混淆液举办水浴。将响应物倒入甲醇中再浸淀，过滤及干燥后获得MIPs。然后把必定比例MIPs和碳纳米管混淆列入氯仿中，超声振动解决后吸滤可得PPS颗粒和碳纳米管包覆的MIPs。终末倒入挤出机中制备的PPS/CNT⁃MIPs长丝。考虑呈现，当碳纳米管为0.9 %（质料分数）时，复合资料的导热系数为0.26 W/（m•K）。
外3为3D打印法制备的复合资料/CNT。据外中数据可得，填料含量对复合资料的导热功能影响很大。碳纳米管行动一种有用的导热填料，正在普及基体导热才略时，要酌量两点：一是正在集结物中碳纳米管的分别情景，二是集结物与碳纳米管界面的贯串才略。Shengyou Pan用3D打印法制得PPS/CNT⁃MIPs复合资料。当碳纳米管为0.9 %（质料分数）时，复合资料的轴诱导热系数可达0.26 W/（m·K）。这都归因于碳纳米管的高导热性。碳纳米管包覆的MIPs正在聚苯硫醚平分散较为平均，采用3D打印法制备的复合资料中基体与碳纳米管贯串力显著增大，有利于造成流通的导热通途，减小热量传输的热阻，普及PPS/CNT⁃MIPs复合资料的导热系数。Lučić Blagojević操纵3D打印制备的PA/MWCNT复合资料，当填充5 %（质料分数） MWCNT时，其导热系数可达0.33 W/（m·K）。当填料含量较低时，基体内部无法修建出导热通途。跟着含量慢慢增大，行动导热载体的碳纳米管之间的接触也会增加，能更好地造成导热收集。别的，该考虑还呈现应用MWCNT⁃COOH填料的复合资料的导热系数显著大于MWCNT的复合资料。这是由于用极性基团⁃COOH妆点众壁碳纳米管，与MWCNT比拟，增大了导热填料和集结物基体之间的互相效率力，有用治理了碳纳米管正在基体中的分别题目，平均分别的碳纳米管能够显著普及复合资料的导热系数。Yue Yuan等对照了碳纳米管、氮化硼和氧化铝等正在3D打印上对复合资料导热功能的影响。结果可得碳纳米管相较于其他两种填料更能巩固某些集结物的散热才略。起因正在于碳纳米管的极高导热系数，能够行动相接通道把集结物基体相接起来，修建出导热三维收集，巩固散热性。
碳纳米管的罗列机闭也对复合资料的导热功能有很大影响，资料的机闭影响资料的功能。Feng Wang等学者将3D打印和定向冷冻法贯串起来，制得了具有层状平均排布细管状的CNTs/CNFs复合资料。该复合资料的外层为绝缘隔热的CNFS，内层为高导热的碳纳米管。这种迥殊的机闭能使热量沿着管内诱导散热 ，面内导热系数为0.302 W/（m·K）。两种设施配合效率，让复合气凝胶具有罗列周密，平均有序的众孔机闭。造成了有用的三维导热收集，淘汰了热量耗费。该复合资料正在轻质化和高导热的热界面资料中受到渊博运用。
总结外中数据能够得出，正在碳纳米管含量较低时，导热颗粒无法造成有用的导热途途。跟着填料含量的增大，导热系数越来越大，最终到达峰值。众种设施与3D打印法互相贯串应用，也能协同鼓吹碳纳米管正在集结物基体中的分别，使得复合资料的导热系数普及。比拟无机非金属导热填料如氮化硼等，碳纳米管的导热上风更显著。但奈何治理其正在基体中难以分别的困难还尚待进一步探究。
正在种种导热填料中，氮化硼因其化学巩固性、绝缘性、高导热性和高弹性模量等便宜，被以为是一种至极有前景的绝缘导热填料。同时，它体现出了明显的各向异性导热功能，此中面内宗旨［600 W/（m∙K）］的导热系数远高于面外宗旨［30 W/（m∙K）］。因而，正在制备氮化硼高分子导热复合资料时，必要对氮化硼填料举办校准，最大限定地减小传热宗旨上的热阻，从而取得更高的通平面导热系数。氮化硼资料以其优秀的力学功能、热学功能和电学功能，正在航空航天与邦防缔制周围具有运用潜力。3D打印技能能够有用完成氮化硼填料的有序对齐，明显普及导热复合资料的导热系数，乃至普及资料的其他功能。图5是3D打印热塑性聚氨酯（TPU）/氮化硼（BN）复合资料的制备示希图。Gao等通过3D打印技能制备了热塑性聚氨酯/氮化硼纳米片复合资料。结果注脚，热塑性聚氨酯/氮化硼纳米片复合资料的导热功能要紧取决于喷嘴直径/层厚的比值，而对打印速率的依赖性较小。他们以为增大喷嘴直径会减小喷嘴内的绝对力从而减小氮化硼的取向度，而增大打印速率对氮化硼的取向度影响不大。试验呈现，关于某一喷嘴，普及打印速率和减小层厚都能够普及氮化硼纳米片的取向度，但打印速率过高容易导致打印缺陷，层厚过低则会导致相邻填料间脱黏，致密性较差。
外4是通过3D打印技能制备的差异品种的氮化硼导热复合资料。资料的功能取决于资料的机闭，应用3D打印技能制备氮化硼导热复合资料时，影响其导热功能的身分征求氮化硼填料的粒径、负载量以及3D打印筑立的各项参数。Li等采用3D打印技能制备了等规聚丙烯/六方氮化硼导热复合资料，他们呈现粒径越大的氮化硼正在基体中的取向度越高，热导率越大。Chen等采用3D打印技能制备了聚酰胺/六方氮化硼导热复合资料，Lee等采用磁场辅助3D打印制备了UV树脂/六方氮化硼导热复合资料，试验结果都注脚跟着基体中氮化硼填料负载量的推广，导热复合资料的导热功能也正在慢慢普及。Liu等先将差异含量的BN、Al2O3与液态PDMS混淆搅拌2h，然后慢慢列入固化剂和催化剂，搅拌脱气举办3D打印成型。定向优秀的BN板修建了有用的导热通道，并与Al2O3颗粒贯串造成互相连通优秀的导热收集。同时，Al2O3颗粒的存正在使BN板的黏度推广，使其定向度进一步增大。填料取向和杂化填料的配合效率对普及资料的导热功能爆发了协同效应，有用地低落了热界面电阻。因而，正在应用3D打印技能制备氮化硼导热复合资料时，正在眷注氮化硼填料粒径与负载量的同时，也必要均衡层厚和打印速率这两个参数间的闭联。
正在陶瓷填料中，氮化铝（AIN）是较为适合行动集结物复合资料的填料，由于它具有较高的外面热导率［319 W/（m•K）］，优秀的电气保障，低热膨胀系数和高机器强度。Lee等学者操纵3D打印技能制备获得了丙烯酸树脂/AlN复合资料，如图6所示。填充30 %（质料分数）改性AlN制备获得的复合资料，其导热系数为0.42 W/（m•K），比纯的紫外线倍。因为填料⁃基体相容性的改良，拉伸强度正在外貌解决前后也从13.9 MPa推广到20.8 MPa。考虑注脚，3D打印能够很容易地集成到导热复合资料的缔制中，填料外貌改性能够有用地普及复合资料的热强度和力学功能。3D打印的制备式样还能够改良填料和基体之间的界面黏合。
外5是3D打印法制备的差异品种的氮化铝复合资料。从外中能够看出3D打印的制备式样将导热填料变得加倍取向化，从而使得复合资料的导热系数均有所推广。Lin等应用液态光敏树脂使h⁃BN和AlN填料更好地分别正在基体中，然后正在3D打印进程中通过挤压和逐层弯曲使h⁃BN水准取向，以修建热传达途途。操纵AlN的片状机闭使其镶嵌入收集状的h⁃BN中，操纵两者的协同的效率能够较大水准地普及复合资料的导热系数。
镓基液态金属（LM）是一类新兴的众成效资料，由于它具有优秀的导热性和导电性、不挥发性和流变性，并正在软体机械人、3D打印、柔性导体和可穿着能源技能等新兴运用方面显示出宏壮的潜力，其最有出途的运用之一是行动热解决资料。Sumin Moon等学者通过将LM的体积分数推广到0.7 %以上并正在LM液滴之间插入高k颗粒，通过这种设施测得的最大热导率高达17.1 W/（m•K），而且正在完全宗旨上是各向同性的，这比以前的LM复合资料的热导率高约70%。尽管正在这种高体积下，LM复合资料也是电绝缘的，由于电绝缘集结物基质和Ga2O3通晓地将LM微滴分隔，断开了LM复合资料中的电途途。别的，与之前要紧通过模塑加工的LM复合资料差异，制备的LM复合资料正在高体积下体现出剪切变稀行动和适合3D打印的屈从应力。
3D打印法自带的三维收集机闭有用地擢升了导热复合资料的导热功能，为种种差异品种的导热复合资料供应了新的思绪。比拟于其他三维成型式样，3D打印法具备以下上风：
（1）3D打印技能，能够管制导热填料的地方和宗旨，正在低增加量时就能够造成导热通途，凸显出高效导热性及环保性。
（2）冰模板法、自拼装法等往往耗时较长，次序纷乱，但3D打印法操作措施较为单纯，能够完成较大范围的临盆，况且为新的运用开荒了众成效复合资料机闭的或者性。
3D打印温度、资料堆叠式样、填料体积含量等工艺参数都邑影响复合资料的成型，对复合资料的热解决功能也会爆发必定的影响。正在异日的考虑中一方面要器重导热填料的改性，另一方面能够通过考虑最佳3D打印参数以此协同普及复合资料的导热系数。
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