КАЗУС: Как индивидуальный корпус из экструдированного алюминия с радиатором решил проблему теплового троттлинга для промышленных компьютеров искусственного интеллекта на периферии

Целевая аудитория: инженеры в области промышленного Интернета вещей, разработчики аппаратного обеспечения, разработчики встраиваемых систем, менеджеры по закупкам в областях автоматизации, робототехники и телекоммуникаций.

Краткое содержание

Клиент

• : ведущий европейский разработчик высокопроизводительных промышленных граничных шлюзов вычислений искусственного интеллекта.

Вызов

• : сильный тепловой троттлинг процессора (превышение 92 °C) при высоконагруженной обработке на производственных площадках. Использование активного охлаждения вентиляторами было невозможно из-за высокой концентрации проводящей металлической пыли и мелких частиц в окружающей среде.

Решение

• Специально разработанный бесшумный гибридный корпус, в котором боковые и верхние стенки выполнены из экструдированного алюминиевого радиатора марки 6063-T5, а передняя и задняя панели — из листового металла марки 5052-H32, изготовленного методом точной штамповки; внутренние тепловые блоки выполнены методом фрезерования на станках с ЧПУ.

Результаты

Температура ЦП снизилась на 28 °C при полной нагрузке процессора, что обеспечило стабильную бесвентиляторную работу, достигнут класс защиты IP50 (пылезащищённость) и отсутствие аварийных отключений из-за перегрева в течение 24 месяцев эксплуатации.

1. Задача: бесвентиляторная работа в условиях высокой запылённости на промышленных предприятиях

В современных производственных цехах развертывание искусственного интеллекта (ИИ) на периферии критически важно для проведения контроля качества и машинного зрения в реальном времени. Однако промышленные среды известны своей экстремальной неблагоприятностью.

Компьютер с технологией Edge AI нашего клиента использовал высокопроизводительные процессоры, выделявшие значительное количество тепла при полной нагрузке. Использованный им готовый стальной корпус с встроенными охлаждающими вентиляторами страдал от сильного скопления пыли внутри шасси. В течение нескольких месяцев проводящие металлические стружки и мелкодисперсная пыль забивали вентиляторы и оседали на печатной плате, вызывая короткие замыкания, термическое троттлинг процессора и частые сбои системы.

[Стандартный корпус с охлаждением вентиляторами] ──(Заводская пыль и металлическая стружка)── [Забитые вентиляторы, термический троттлинг (92 °C) и сбой системы]

Для обеспечения работоспособности устройство требовало полностью бесвентиляторного герметичного корпуса способного пассивно рассеивать тепло через свои внешние стенки, одновременно защищая внутреннюю печатную плату от проводящей пыли.

2. Разработка решения: алюминиевое экструзионное шасси с пассивным охлаждением

Будучи специализированным OEM-заводом, наша инженерная команда разработала с нуля интегрированное гибридное шасси для охлаждения, объединяющее прецизионных алюминиевых экструзий и лазерную резку и ЧПУ-обработку листового металла .

Наш дизайн: экструдированные алюминиевые ребра из сплава 6063-T5 + внутренние термоблоки, изготовленные на станке с ЧПУ + передняя панель из сплава 5052, вырезанная лазером (безвентиляторная, пылезащищенная)

Высокотеплопроводная экструзия

Основной корпус выполнен методом экструзии из алюминиевого сплава 6063-T5, выбранного благодаря высокой теплопроводности (201 Вт/(м·К)) и механической жесткости. На внешней поверхности расположены специально рассчитанные глубокие охлаждающие ребра (радиатор), обеспечивающие максимальный отвод тепла. регионе.

Внутренние термоблоки, изготовленные на станке с ЧПУ

С помощью многокоординатного фрезерования на станке с ЧПУ мы изготовили специальные внутренние алюминиевые опоры, которые идеально прилегают к процессору и MOSFET-транзисторам собственной печатной платы заказчика посредством высокопроизводительных термопрокладок. Это обеспечивает прямой тепловой канал с низким термическим сопротивлением от микросхем к внешним экструдированным ребрам.

Точная кастомизация панелей из листового металла

Передняя и задняя панели выполнены из алюминиевого сплава марки 5052 методом штамповки. С использованием автоматизированной лазерной резки волоконным лазером и фрезерования на станке с ЧПУ достигнута высокая точность и отсутствие заусенцев при вырезании отверстий для интерфейсов (DB9, RJ45, USB-C, HDMI), точно соответствующих разъемам печатной платы.

Премиальное анодированное покрытие поверхности

Окончательный корпус был анодирован в матово-чёрном цвете методом пескоструйной обработки. Анодирование не только повышает твёрдость поверхности и устойчивость к царапинам, но и увеличивает коэффициент теплового излучения алюминиевой поверхности, повышая эффективность теплоотдачи на 15 %.

Тщательная термическая и структурная проверка

Перед запуском в серийное производство прототипы корпусов прошли испытания в термокамере при условиях, имитирующих нагрузку на заводе: