NF-A12x25: technical backgrounds and manufacturing challenges

NF-A12x25: 技术背景和制造挑战

总开发时间超过4到5年，建成了200多个CNC铣刨原型，整体项目量超过了以前的NF-F12和NF-S12A风扇总合，NF-A12x25一直是Noctua中到目前为止很复杂的风扇开发项目。NF-A12x25进一步改进其前任的著名性能的关键设计措施之一是其尖端间隙（叶尖与机架内部之间的距离），其创纪录的紧凑设计：大多数120mm风扇的间隙至少为 1.5至3mm，而NF-A12x25拥有超小的间隙仅为0.5mm，在行业中树立了新的标杆。这种雄心勃勃的设计使风扇能够更加更有效地抵抗背压，如散热器或散热片间的，因为它可以减少通过叶轮和机架之间间隙的泄漏。但是，这也在制造业中带来了新的挑战。

生产顶端间隙仅为0.5mm的风扇不仅要求更高的精度和更严格的公差，而且还需要解决与顶端间隙更大的风扇无关的蠕变现象发生。 在长时间的使用和热循环过程中，由于离心力向外拉动力的产生，轴流式风扇叶轮会发生微小的蠕变变形，导致风扇直径的微小增加。

例如，标准PBT制成的典型120mm风扇的叶轮在使用几年后可能会变大0.2mm。对于具有较大顶端间隙的风扇，例如2毫米的，这完全不是问题，但是如果尖端间隙小至0.5毫米，则叶轮蠕变成为一个重要的问题，如果有任何的轻微振动或不平衡，即使是0.2毫米的蠕变也会导致叶片与框架接触的风险度大大增加。

为了应对这些挑战，Noctua采取了几种不同的措施，从制造的角度来看，NF-A12x25是目前很先进和很精细的Noctua风扇。 首先，NF-A12x25电机轮毂的核心部件完全由钢制成，以加固外部的塑料结构。同时，为了加强轴和叶轮之间的连接，轴安装座已加强了一个额外的黄铜件。综合起来看，这两种措施都可以确保在关键枢纽地区降低公差并提高稳定性。

然而，克服叶轮蠕变问题的关键是Sterrox®，一种新型液晶聚合物（LCP）型材料的开发，与传统的工程热塑性塑料如ABS，PA等相比，它具有更好的尺寸稳定性和更少的蠕变。 Sterrox®这个名字来源于希腊文στερρός，意思是坚硬，坚实，坚硬或坚固。

液晶聚合物具有卓越的化学和机械性能，如高抗拉强度和环境惯性，使其成为高端医疗和军事应用的理想选择，这些应用具有严格的要求和预算，可支持高端材料成本（约为原材料PBT成本的四倍。 最著名的LCP是Kevlar，由于其优异的强度重量比，它被用于诸如防弹背心，战斗头盔和其他防弹衣等产品中。

LCP材料的著名机械刚性是由于它们独特的分子结构：与常规聚合物不同，固体形式和熔融都具有混沌分子链取向，而Thermocrophic LCPs如Sterrox®显示有序的棒状分子，即使在熔体相中也是对齐的并且固化成高度定向的，非常坚硬的链结构，这使得它们具有更先进的机械性能。

Sterrox®是Noctua自己定制的玻璃纤维增强型LCP，专门针对NF-A12x25等新一代风扇的设计进行了微调。其极高的拉伸强度，极低的热膨胀系数，高环境惯性和出色的尺寸稳定性，使得叶轮蠕变现象降低到比使用PBT-或PA-型的叶轮时所无法想象的水平。

除了允许风扇设计的尖端间隙小得多之外，Sterrox®还具有弹性模量和减振性能的第二个关键优势，这对于减少由于风扇叶片设计（例如NF-A12x25）中的共振和振动现象是非常理想的。特别是，使用Sterrox®可以抑制称为叶片表面模式振动的现象：风扇叶轮具有固有频率和多种谐振模式。当风扇运转时，风扇叶片周围的湍流空气将振动能量传递到叶片中并引起共振。

这些表面的振动非常小，以至于从机械的角度来看它们并不是关键的（不像由于不平衡引起的振动），但是它们会引起严重的声学问题。这是因为当风扇运转时，风扇的进气口和出气口之间存在着压力差（叶片上侧的压力较低，叶片下侧的压力较高）。从航空声学角度来看，这种情况与立体声扬声器类似，机箱内部压力较高，机箱外部压力较低。在这两种情况下，压力差导致有效的声学耦合，因此风扇叶片或扬声器膜片的表面振动会传递到空气中。虽然扬声器需要这种音响效果，但是为了避免它，对微调先进风扇叶片设计的声音特征进行微调至关重要，而这正是Sterrox®LCP材料增加的刚度和改善的阻尼性能的原因：比较相同的由PBT和Sterrox®制成的风扇叶片设计，使用非接触式多普勒激光测振仪测量其表面振动，Sterrox®叶轮可以更快速地抑制相同的振动声音。

在实际应用中，这意味着会减少来自空气湍流的振动传递到风扇叶片，因此，较少的表面模式振动作为噪音传回到空气中，这对NF-A12x25的光滑声学轮廓有着显著的贡献。.