电子产品的先进制造
西门子端到端数字主线与EOS金属增材制造技术助力实现高性能液体冷板冷却
高性能电子设备对热管理解决方案提出了越来越高的要求。功率密度的提升、系统架构的紧凑化以及日益严格的可持续性要求，正将传统的散热方案推向极限。在数据中心、电动汽车、航空航天及国防等领域，高效且可靠的液冷板散热技术是提升性能、延长系统寿命及提高运营效率的关键保障。
在这份案例研究中，西门子、GKN Additive 和 EOS 展示了增材制造 如何助力新一代“直通芯片”液冷板问世。该案例由西门子在 2025 年 Formnext 展会上发布，展示了如何通过全面的端到端数字主线，结合 EOS增材制造 工业增材制造 ，为高性能电子应用释放卓越的散热性能。
挑战
传统电子设备散热技术的局限性。 与强制风冷相比，液体冷板已 具备显著优势。 然而，大多数传统解决方案仍基于管式或真空钎焊针式设计，这带来了若干限制：
- 设计自由度受限，制约了热优化
- 由于钎焊接头可能成为泄漏点而导致的可靠性风险
- 与制冷相关的能耗较高，尤其是在数据中心
- 系统使用寿命缩短，因为温度升高导致了约50%的电子设备故障
因此，制冷方案的选择会直接影响能效、可持续性、可靠性以及总体拥有成本。
解决方案
从热力图到可直接打印的冷板，构建完整的数字主线。为 克服这些挑战，西门子开发了一套针对直接芯片液冷冷板的端到端数字主线，涵盖从热仿真到可投入生产的增材设计全过程。
从热设计要求到优化增材设计
- 数字工作流程首先使用西门子Calibre3D IGBT的热分布进行仿真，从而生成详细的三维热图。这些热图明确了散热要求，并为后续的优化工作奠定了基础。
- 热数据被导入 Simcenter OptiStruct，并在其中应用对流拓扑优化，以在最大化热传导的同时将压降降至最低。由此产生的冷却通道结构具有极高的效率，这是传统制造方法无法实现的。
- 随后，通过 Simcenter Inspire 的隐式建模功能，将优化后的拓扑结构转换为可打印的几何形状，从而实现真正的增材制造面向增材制造（DfAM），并能够集成复杂的内部结构，例如格子结构或优化后的流道。
- 为了确保最佳的热性能和流体性能，最终的设计方案会通过 Simcenter Flotherm 中的 CFD 仿真进行验证，从而能够直接比较不同的增材冷却方案与传统的针状散热器设计。
- 数字工艺链的最后一步是在 Siemens NX AM Fixed Plane 中进行构建任务准备，从而实现从设计到制造的无缝过渡，且数据全程完整无缺。自动排版功能可确保在 EOS 金属增材制造系统上，每批构建中高效地排列大量冷板。这保证了高设备利用率、可重复的生产条件以及单件构建时间的缩短，从而支持高效且可扩展的批量生产。
在 Siemens NX-Fixed-Plane Advanced 中准备生产打印任务
EOS金属系统上的增材制造 批量生产
这些经过优化的液体冷板由GKN Additive制造，充分利用了其在工业金属增材制造 批量生产方面的丰富专业知识。凭借广泛的金属应用产品组合（尤其是铜和铝合金等高导热材料），以及庞大的EOS金属系统安装基数，GKN Additive支持各类工业增材制造应用，并在多种应用场景中担任可靠的生产合作伙伴。
GKN在M2、M3和M4平台上运营着一支EOS金属加工系统机队，可为广泛的应用场景提供生产解决方案。凭借这些平台的多功能性，GKN能够灵活调整制造配置，以满足从高导电性铜部件到不锈钢零件等各类产品的具体性能和材料要求。
这一工业化生产环境得益于先进的工艺技术、自动化粉末处理、设备制造管理及后处理工艺，以及数字化工艺监控和质量保证体系。这些能力均源自数十年的粉末冶金生产经验，共同确保了零部件质量的可重复性、工艺的高稳定性，以及在不同设备平台和材料间的可扩展性。
因此，增材制造 远远增材制造 原型制作阶段，迈入真正的工业规模生产，能够提供专为严苛电子应用量身定制的高性能散热组件。
结果
与传统的真空钎焊针式设计相比，增材制造 板在性能方面有了显著提升：
- 芯片峰值温度降低多达 12%
- 芯片平均温度降低多达 20%
- 重量减轻高达46%
- 温度均匀性得到改善
- 由于采用整体式设计，泄漏风险降低
- 年产能可达10万块以上
不同的增材设计理念能够实现针对性优化，无论是优先考虑最大传热效率、最小压降，还是减轻部件重量。
结论
本案例研究展示了如何通过将全面的数字主线与工业增材制造 相结合增材制造 为电子设备增材制造 高性能、可靠且可扩展的液体冷板冷却方案。借助西门子的数字工程能力与EOS金属增材制造技术，并通过与GKN Additive的紧密合作，增材制造 面向下一代高性能电子系统的成熟生产解决方案。
关于公司
西门子数字工业（DI）
西门子数字工业（Siemens DI）助力流程制造和离散制造行业中的各类规模企业，加速其在整个价值链上的数字化和可持续发展转型。西门子领先的自动化和软件产品组合，彻底革新了产品与生产的设计、实现和优化。 借助开放式数字业务平台——西门子Xcelerator，这一过程变得更加简单、快捷且可扩展。西门子数字工业与合作伙伴及生态系统携手，助力客户转型为可持续发展的数字企业。西门子数字工业在全球拥有约70,000名员工。
西门子股份公司（柏林与慕尼黑）
西门子股份公司（Siemens AG）是一家专注于工业、基础设施、交通和医疗领域的领先科技企业。公司的宗旨是创造技术，为所有人改变日常生活。通过融合现实世界与数字世界，西门子助力客户加速数字化和可持续发展转型，让工厂更高效、城市更宜居、交通更可持续。 作为工业人工智能领域的领导者，西门子凭借其深厚的行业专业知识，将人工智能（包括生成式人工智能）应用于现实场景，使各行各业的客户都能便捷地使用并受益于人工智能。西门子还持有上市公司西门子医疗（Siemens Healthineers）的多数股权，该公司作为全球领先的医疗技术供应商，在医疗保健领域不断开创突破性成果。为所有人。 无处不在。可持续。在截至2025年9月30日的2025财年，西门子集团实现营收789亿欧元，净利润104亿欧元。截至2025年9月30日，基于持续经营业务，公司在全球拥有约31.8万名员工。更多信息请访问网站：www.siemens.com
GKN Additive
GKN粉末冶金是高精度金属零部件领域的市场领导者，也是先进粉末冶金材料的领先制造商。该公司提供创新的产品解决方案和技术，包括通过GKN Additive提供的最先进的增材制造 。它是唯一一家实现从粉末生产到零部件生产垂直整合的企业。该公司与客户携手，通过先进的粉末冶金技术解决方案，共同解决汽车和工业领域的复杂挑战。 GKN粉末冶金隶属于Dauch集团。Dauch公司（前身为American Axle & Manufacturing）于2026年2月收购了GKN粉末冶金。目前，两家公司均以Dauch这一统一品牌运营。如需了解更多信息，请访问www.dauch.com
