Tapausanalyysi: Kuinka räätälöity puristettu alumiininen lämmönvaihtimen kotelointi ratkaisi teollisten reuna-AI-tietokoneiden lämpörajoituksen ongelman

Kohdeyleisö: teollisen IoT:n insinöörit, laitteiston suunnittelijat, upotettujen järjestelmien kehittäjät sekä automaation, robotiikan ja tietoliikenteen hankintapäälliköt.

Yhteenveto

Asiakkaan

• : Johtava eurooppalainen korkean suorituskyvyn teollisten reuna-ALI-laskentayksiköiden valmistaja.

Haaste

• : Vakava CPU:n lämpörajoitus (yli 92 °C) korkean kuorman käsittelyssä tehtaalla. Aktiivinen tuuletus ei ollut mahdollista ympäristössä, jossa esiintyi erittäin johtavaa metallipölyä ja hienojakoisia hiukkasia.

Ratkaisu

• mukautettu, tuulettimeton hybridikotelo, jossa on 6063-T5-puristettua alumiinista valmistettu lämmönjakopinta sivu- ja yläseinissä sekä 5052-H32-tarkkuusleivattuja levyteräksestä valmistettuja etu- ja takapaneeleja, sisältäen mukautetut CNC-koneistetut sisäiset lämpölohkot.

Tulokset

prosessorin lämpötila laski 28 °C:lla täydessä käsittelemisrasituksessa, mikä mahdollisti vakaa tuulettimeton toiminta, saavutettiin IP50-tasoinen pölytiukkuus ja ei ollut yhtään lämpökatkoja 24 kuukauden aikana käytössä.

1. Haaste: Tuulettimeton toiminta korkean pölyn teollisuusympäristöissä

Nykyisissä valmistuslaitoksissa tekoälyyn (AI) perustuvan reunaan sijoitetun ratkaisun käyttöönotto on ratkaisevan tärkeää reaaliaikaiseen laadunvalvontaan ja koneen näköön. Teollisuusympäristöt ovat kuitenkin tunnetusti hyvin vaativia.

Asiakkaamme Edge AI -tietokone käytti suorituskykyisiä prosessoreita, jotka tuottivat huomattavaa lämpöä täydellä kuormituksella. Heidän valmiiksi ostettu teräskotelo, jossa oli sisäänrakennetut jäähdytysventilaattorit, kärsi suuresta pölyn kertymisestä kotelon sisällä. Muutamassa kuukaudessa johtavat metallihiukkaset ja hienojakoisen pölyn osat tukosivat ventilaattorit ja saostuivat piirilevylle, mikä aiheutti oikosulkuja, CPU:n lämpöperustaisen suorituskyvyn alentumisen ja jatkuvia järjestelmän kaatumisia.

[Standardi ventilaattorijäähdytetty kotelo] ──(tehdaspölyä ja metallihiukkasia)── [tukoset ventilaattorit, lämpöperustainen suorituskyvyn alentuminen (92 °C) ja järjestelmän kaatumiset]

Jotta laite voisi selviytyä, sille tarvittiin 100 % ilman ventilaattoreita oleva tiukka kotelo joka pystyi siirtämään lämmön passiivisesti sen ulkoseinien kautta samalla kun se suojasi sisäistä piirilevyä johtavilta pölyhiukkasilta.

2. Ratkaisun suunnittelu: passiivisesti jäähdytetty alumiiniprosessointikotelo

Koska olemme erikoistunut OEM-tehdas, suunnitteli insinööriryhmämme perustaen kokonaan integroidun hybridijäähdytyskotelon, jossa yhdistettiin tarkkuus alumiinipursotetun profiilin ja levymetallin CNC-käsittely .

Meidän suunnittelu: Puristettu 6063-T5-alumiinipinnan jäähdytysristikko + sisäinen CNC-jäähdytyslohko + laserleikattu 5052-etupaneeli (ilman tuuletinta, pölysuojattu)

Korkean lämmönjohtavuuden puristus

Pääkappale on valmistettu seoksesta 6063-T5-alumiini, joka on valittu sen korkean lämmönjohtavuuden (201 W/(m·K)) ja mekaanisen jäykkyyden vuoksi. Ulkopinnalla on erityisesti laskettuja, syvälle ulottuvia jäähdytysristikkoja (lämmönpoistopinta), joiden avulla lämmön poisto maksimoituu. alueella.

Sisäiset CNC-jäähdytyslohkot

Moniakselisella CNC-porauksella valmistettiin erityisesti suunnitellut sisäiset alumiinijalat, jotka koskettavat asiakkaan omaa piirilevyä (PCB) olevia prosessoria ja MOSFET-kytkimiä korkean suorituskyvyn lämmönjohtopadojen kautta. Tämä luotiin suora, pieniresistenssinen lämmönkulku piireistä ulkoisiin puristusristikoihin.

Tarkka levytelineen etupaneelin mukauttaminen

Etupaneeli ja takapaneeli ovat leikattu 5052-luokan alumiinista. Automaattisen kuitulaserleikkurin ja CNC-porauksen avulla saavutettiin tarkat, teräväreunaiset I/O-liitännät (DB9, RJ45, USB-C, HDMI), jotka on suunniteltu täsmälleen asiakkaan piirilevyn liitäntöjen mukaan.

Premium-anodisoitu pinnanpäällyste

Lopullinen kotelo anodisoitiin hieman karheana mustaksi. Anodointi parantaa ei ainoastaan pinnan kovuutta ja naarmujen kestävyyttä, vaan myös alumiinipinnan lämmönlähtökykyä, mikä parantaa lämmön säteilytehokkuutta 15 %.

Tiukat lämpö- ja rakenteelliset validoinnit

Sarjatuotannon aloittamisen edellä prototyyppikotelot testattiin lämpökammiossa simuloiduissa tehdasrasitustilanteissa: