CASE STUDY: Hvordan et tilpasset ekstrudert aluminiumsvarmeavledningskabinett løste termisk nedregulering for industrielle edge-AI-datamaskiner

Målgruppe: Ingeniører innen Industrial IoT, hardwaredesignere, utviklere av innbygde systemer, innkjøpsledere innen automasjon, robotteknikk og telekommunikasjon.

Executive summary

Klienten

• : En ledende europeisk utvikler av høyytrende industrielle edge-AI-datagatewayer.

Utenforligget

• : Alvorlig termisk nedregulering av CPU (over 92 °C) under belastning med høy prosessorkapasitet på fabrikkgulv. Aktiv viftebasert kjøling var umulig på grunn av sterkt ledende metallstøv og fine partikler i miljøet.

Løsningen

• En tilpasset, ventilatorløs hybridkapsling som integrerer 6063-T5 ekstrudert aluminiumsvarmekjøler på side- og toppveggene samt 5052-H32 presisjonsstansede platemetalldeler for front- og bakpaneler, med tilpassede CNC-fresete interne termiske blokker.

Resultatene

CPU-temperaturen sank med 28 °C under full prosesseringsslast, noe som muliggjorde stabil ventilatorløs drift, oppnådd IP50-støvtett klassifisering og ingen termiske nedstillinger i løpet av 24 måneder med drift.

1. Utfordringen: Ventilatorløs drift i fabrikkmiljøer med mye støv

I moderne fabrikker er det avgjørende å implementere kunstig intelligens (AI) ved kanten for realtidskvalitetskontroll og maskinvision. Industrielle miljøer er imidlertid notorisk fiendtlige.

Klientens Edge AI-datamaskin brukte prosessorer med høy ytelse som genererte betydelig varme under full belastning. Deres ferdige stålkabinett med innebygde kjølevifter led av omfattende støvopphoping inni kabinettet. Allerede etter noen måneder blokkerte elektrisk ledende metallspåner og finstøv viftene og ble liggende på printkortet (PCB), noe som førte til kortslutninger, termisk nedregulering av CPU og hyppige systemkrasj.

[Standard kabinett med viftekjøling] ──(Fabrikkstøv og metallspåner)── [Tilstoppede vifter, termisk nedregulering (92 °C) og systemkrasj]

For å overleve trengte enheten en 100 % viftefri, forseglet kabinett som kunne avgi varmen passivt gjennom ytre vegger, samtidig som den beskyttet det indre printkortet (PCB) mot elektrisk ledende støv.

2. Utvikling av løsningen: Det passive kjølesystemet i aluminiumsprofil

Som en spesialisert OEM-fabrikk utviklet vårt ingeniørteam fra grunnen av et integrert, hybridt kjølesystemkabinett som kombinerer nøyaktig fremstilt aluminiumsprofil og og CNC-fremstilt platemetalldeler .

Vårt design: Ekstruderte aluminiumsfinner av legering 6063-T5 + intern CNC-varmeblokk + laserstanset frontpanel av legering 5052 (uten ventilator, støvfritt)

Høyvarmeekstrudering

Vi ekstruderte hovedkroppen av aluminiumlegering 6063-T5, valgt for sin høye varmeledningsevne (201 W/(m·K)) og mekaniske stivhet. Den ytre overflaten har tilpassede, dype kjølefinner (kjøleribbe) med beregnet geometri for å maksimere varmeavledningen. område.

Interne CNC-varmeblokker

Ved hjelp av flerakset CNC-fræsing produserte vi tilpassede interne aluminiumsunderlag som kontakter prosessoren og MOSFET-ene på kundens egenutviklede PCB perfekt via høyytelses varmeoverføringspadder. Dette skapte en direkte, lavmotstand varmevei fra mikrochipene til de eksterne ekstruderte kjølefinnene.

Presis tilpassing av platemetalldeler

Front- og bakpanel ble stanset fra aluminiumlegering 5052. Ved hjelp av automatisert fiberlaserstansing og CNC-fræsing oppnådde vi presise, frittstående I/O-portåpninger (DB9, RJ45, USB-C, HDMI) som er tilpasset nøyaktig til portene på PCB-en.

Premium anodisert overflatebehandling

Den endelige omhyllingen ble anodisert i sandblåst svart. Anodisering forbedrer ikke bare overflatenhetsgraden og skrapemotstanden, men øker også den termiske emissiviteten til aluminiumsoverflaten, noe som forbedrer varmeutstrålingsvirksomheten med 15 %.

Strenge termiske og strukturelle valideringer

Før serieproduksjon ble prototyp-omhyllingene testet i termisk kammer under simulerte fabrikkslastforhold: