CASE STUDY: Hur ett anpassat extruderat aluminiumkylhölje löste problemet med termisk takbegränsning för industriella Edge AI-datorer

Målgrupp: Ingenjörer inom industriell IoT, hårdvarudesigners, utvecklare av inbyggda system samt inköpschefer inom automation, robotik och telekommunikation.

Sammanfattning

- Kunder.

• : En ledande europeisk utvecklare av högpresterande industriella Edge AI-beräkningsgatewayar.

Utmaningen

• : Allvarlig termisk takbegränsning av CPU (över 92 °C) vid högbelastad bearbetning på fabriksgolv. Aktiv luftkylning var omöjlig på grund av starkt ledande metallstoft och fina partiklar i miljön.

Lösningen

• En anpassad, fläktlös hybridhölje som integrerar värmeavledande sid- och toppväggar i extruderad aluminiumlegering 6063-T5 med front- och baksidor i precisionsslaget plåtmaterial 5052-H32, utrustad med anpassade, CNC-fräsade interna termiska block.

Resultaten

CPU-temperaturen sjönk med 28 °C vid full belastning, vilket möjliggör stabil fläktlös drift, uppnår en IP50-stofttät klassning och inga termiska avstängningar under 24 månaders drift.

1. Utmaningen: Fläktlös drift i fabriksmiljöer med hög dammhalt

I moderna tillverkningsanläggningar är det avgörande att distribuera artificiell intelligens (AI) vid kanten för att möjliggöra realtidskontroll av kvalitet och maskinvision. Industriella miljöer är dock notoriskt fientliga.

Datorn med Edge AI för vår kund använde högpresterande processorer som genererade betydande värme vid full belastning. Deras färdiga stålkapsling med integrerade kylningsfläktar led av omfattande dammackumulering inuti chassiet. Inom några månader blockerade ledande metallspån och finpartikulärt damm fläktarna och avsattes på kretskortet, vilket orsakade kortslutningar, termisk nedreglering av CPU:n och frekventa systemkrascher.

[Standardkapsling med fläktkylning] ──(Fabriksdamm och metallspån)── [Blockerade fläktar, termisk nedreglering (92 °C) och systemkrasch]

För att överleva behövde enheten en 100 % fläktlös, förseglad kapsling som kunde avleda värmen passivt genom sina yttre väggar, samtidigt som den skyddade det interna kretskortet mot ledande damm.

2. Utveckling av lösningen: Chassiet av aluminiumextrusion med passiv kylning

Som specialiserad OEM-fabrik utformade vårt ingenjörsteam ett integrerat hybridkylchassi från grunden, genom att kombinera precisionsmässiga aluminiumprofiler och CNC-bearbetning av plåt .

Vår design: Extruderade aluminiumfinner av legering 6063-T5 + intern CNC-värmeplock + laserstanskad frampanel av legering 5052 (fläktlös och dammtät)

Högvärmekonduktiv extrusion

Vi extruderade huvudkroppen av aluminiumlegering 6063-T5, vald för sin höga värmeledningsförmåga (201 W/(m·K)) och mekaniska styvhet. Yttre ytan har anpassade, djupa kylfinner (värmespridare) med beräknad geometri för att maximera värmeavledningen. område.

Intern CNC-värmeplock

Med hjälp av fleraxlig CNC-fräsning tillverkade vi anpassade interna aluminiumstöd som perfekt ansluter till processorn och MOSFET:arna på kundens egna PCB via högpresterande termiska mellanlägg. Detta skapar en direkt, lågmotståndsvärmepath från chippen till de externa extruderade kylfinsarna.

Anpassning av precisionsplåtpanel

Fram- och baksidopanelerna stansades av aluminiumlegering 5052. Med hjälp av automatiserad fiberlaserstansning och CNC-fräsning uppnådde vi exakta, slätkantade I/O-portutskärningar (DB9, RJ45, USB-C, HDMI) som är anpassade precis efter PCB:s portar.

Premium anodiserad ytyta

Den slutgiltiga höljan anodiserades i sandbläst svart. Anodisering förbättrar inte bara ytans hårdhet och skrytbeständighet, utan förbättrar också den termiska utstrålningen från aluminiumytan, vilket ökar värmestrålningseffektiviteten med 15 %.

Sträng termisk och strukturell validering

Innan massproduktion genomfördes termiska kammarprov på prototyp-höljor under simulerade fabriksbelastningsförhållanden: