مطالعه موردی: چگونه یک پوشش خنک‌کننده سفارشی از آلومینیوم اکستروژن‌شده، مشکل کاهش عملکرد حرارتی را برای رایانه‌های هوش مصنوعی صنعتی لبه شبکه حل کرد

مخاطبان هدف: مهندسان اینترنت اشیا صنعتی (IIoT)، طراحان سخت‌افزار، توسعه‌دهندگان سیستم‌های تعبیه‌شده، و مدیران تدارکات در حوزه‌های خودکارسازی، رباتیک و مخابرات.

چکیده

مشتری

• : یک توسعه‌دهنده پیشرو اروپایی در زمینه دروازه‌های محاسباتی هوش مصنوعی صنعتی لبه شبکه با عملکرد بالا.

چالش

• : کاهش شدید عملکرد CPU به دلیل گرمایش حرارتی (دمای بیش از ۹۲ درجه سانتی‌گراد) در شرایط پردازش سنگین روی خطوط تولید کارخانه‌ها. استفاده از سیستم خنک‌کننده فن‌دار غیرممکن بود، زیرا محیط مملو از گرد و غبار فلزی با هدایت حرارتی بالا و ذرات ریز بود.

راه حل

• : یک محفظه ترکیبی بدون فن، با طراحی سفارشی، که شامل دیواره‌های کناری و بالایی از آلومینیوم ۶۰۶۳-T5 با روش اکستروژن و پانل‌های جلویی و عقبی از ورق فلزی دقیق ۵۰۵۲-H32 با روش نورد شده است، و دارای بلوک‌های حرارتی داخلی با ماشین‌کاری دقیق CNC است.

نتایج

: دمای CPU در حالت بار کامل پردازشی ۲۸ درجه سانتی‌گراد کاهش یافت، که امکان عملکرد پایدار بدون فن را فراهم کرد، به رتبه IP50 (مقاوم در برابر گرد و غبار) دست یافت و در طول ۲۴ ماه نصب و راه‌اندازی هیچ قطع حرارتی رخ نداد.

۱. چالش: عملکرد بدون فن در محیط‌های کارخانه‌ای با غبار زیاد

در کارخانه‌های تولیدی مدرن، استقرار هوش مصنوعی (AI) در لبه شبکه (Edge) برای بازرسی کیفیت و بینایی ماشین در زمان واقعی ضروری است؛ با این حال، محیط‌های صنعتی به‌طور مشهوری خصمانه هستند.

کامپیوتر هوش مصنوعی لبه‌ای (Edge AI) مشتری ما از پردازنده‌های پرتوان استفاده می‌کرد که در حالت بار کامل، گرماي قابل توجهی تولید می‌کردند. جعبه فلزی آماده‌ی آن‌ها با خنک‌کننده‌های داخلی بادی، دچار تجمع شدید گرد و غبار درون شاسی شده بود. در عرض چند ماه، ذرات فلزی رسانا و گرد و غبار ریز، خنک‌کننده‌ها را مسدود کرده و روی برد مدار چاپی (PCB) نشسته، منجر به اتصال کوتاه، کاهش عملکرد پردازنده (Thermal Throttling) و قطع‌شدگی‌های مکرر سیستم گردید.

[جعبه استاندارد خنک‌شونده با فن] ──(گرد و غبار کارخانه‌ای و ذرات فلزی)── [فن‌های مسدودشده، کاهش عملکرد پردازنده به دلیل گرما (۹۲°سانتی‌گراد) و قطع‌شدگی سیستم]

برای بقای دستگاه، نیاز به یک جعبهٔ کاملاً بدون فن و دربسته بود که بتواند گرما را به‌صورت غیرفعال از طریق دیواره‌های خارجی خود پراکنده کند، در عین حال برد مدار چاپی داخلی را در برابر گرد و غبار رسانا محافظت نماید.

۲. مهندسی راه‌حل: شاسی آلومینیومی اکستروژنی با خنک‌کنندگی غیرفعال

به‌عنوان یک کارخانهٔ تولیدکنندهٔ اصلی (OEM) تخصصی، تیم مهندسی ما یک شاسی خنک‌کنندهٔ ترکیبی و یکپارچه را از صفر طراحی کرد که ترکیبی از اکستروژن دقیق آلومینیوم و و ساخت قطعات ورقی با ماشین‌کاری CNC .

طراحی ما: پره‌های آلومینیومی اکستروژن‌شده از جنس ۶۰۶۳-T۵ + بلوک حرارتی داخلی تراش‌خورده با دستگاه CNC + صفحه جلوی لیزربرید شده از جنس آلومینیوم ۵۰۵۲ (بدون فن و ضد گرد و غبار)

اکستروژن با قابلیت انتقال حرارت بالا

بدنه اصلی را از آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۳-T۵ اکستروژن کرده‌ایم که به دلیل هدایت حرارتی بالای آن (۲۰۱ وات بر متر-کلوین) و سختی مکانیکی مناسب انتخاب شده است. سطح خارجی دارای پره‌های خنک‌کننده (هیت‌سینک) عمیق و با طراحی سفارشی‌شده است تا انتقال حرارت به حداکثر مقدار ممکن برسد. منطقه.

بلوک‌های حرارتی داخلی تراش‌خورده با دستگاه CNC

با استفاده از فرزکاری چندمحوره CNC، پایه‌های سفارشی آلومینیومی داخلی را تراش دادیم که به‌صورت دقیق با پردازنده و ترانزیستورهای MOSFET مدار چاپی اختصاصی مشتری (PCB) از طریق پدهای حرارتی با عملکرد بالا تماس می‌گیرند. این امر مسیری حرارتی مستقیم و با مقاومت حرارتی کم از تراشه‌ها تا پره‌های اکستروژن خارجی ایجاد کرده است.

سفارشی‌سازی دقیق صفحات فلزی ورقی

صفحات جلو و عقب از آلومینیوم درجه ۵۰۵۲ تولید شده‌اند. با استفاده از برش لیزری الیافی خودکار و فرزکاری CNC، برش‌های دقیق و بدون لبه‌های ناخواسته (بر)، منطبق بر پورت‌های ورودی/خروجی (DB9، RJ45، USB-C، HDMI) و متناسب با پورت‌های مدار چاپی (PCB) ایجاد شده است.

پوشش سطحی آنودایز شده فاخر

پوسته نهایی در رنگ مشکی شن‌بلاست‌شده آنودایز شد. آنودایز کردن نه تنها سختی سطح و مقاومت در برابر خراش را بهبود می‌بخشد، بلکه تابش حرارتی سطح آلومینیوم را نیز افزایش داده و بازده تابش حرارتی را ۱۵٪ ارتقا می‌دهد.

اعتبارسنجی دقیق حرارتی و سازه‌ای

قبل از تولید انبوه، پوسته‌های اولیه در تست‌های دوره‌ای حرارتی تحت شرایط بار شبیه‌سازی‌شده کارخانه قرار گرفتند: