ДОСЛІДЖЕННЯ ВИПАДКУ: Як індивідуальний алюмінієвий корпус-радіатор, виготовлений методом екструзії, усунув теплове обмеження продуктивності промислових граничних комп’ютерів штучного інтелекту

Цільова аудиторія: Інженери промислового Інтернету речей (IIoT), розробники апаратного забезпечення, розробники вбудованих систем, менеджери з закупівель у галузях автоматизації, робототехніки та телекомунікацій.

Короткий огляд

Клієнт

• : провідний європейський розробник високопродуктивних промислових граничних комп’ютерних шлюзів на основі штучного інтелекту.

Виклик

• : Серйозне теплове обмеження продуктивності процесора (температура перевищувала 92 °C) під час інтенсивної обробки даних на виробничих ділянках. Використання активного охолодження за допомогою вентиляторів було неможливим через наявність високопровідного металевого пилу та дрібних частинок у навколишньому середовищі.

Рішення

• індивідуально спроектований безвентиляторний гібридний корпус, що об’єднує бокові та верхні стінки з алюмінієвого радіатора, виготовленого методом екструзії зі сплаву 6063-T5, і передню/задню панелі з точно штампованого листового металу зі сплаву 5052-H32, зі спеціальними внутрішніми тепловими блоками, виготовленими методом фрезерування на ЧПК.

Результати

температура ЦПУ знизилася на 28 °C за умов повного навантаження, що дозволило забезпечити стабільну роботу без використання вентиляторів, досягти ступеня пилозахищеності IP50 та запобігти будь-яким тепловим відключенням протягом 24 місяців експлуатації.

1. Проблема: робота без вентиляторів у високопилових умовах промислових цехів

У сучасних виробничих підприємствах розгортання штучного інтелекту (ШІ) на периферії є критично важливим для проведення інспекції якості в реальному часі та машинного зору. Однак промислове середовище відоме своєю екстремальною вимогливістю.

Комп’ютер зі штучним інтелектом на краю мережі (Edge AI) нашого клієнта використовував потужні процесори, які генерували значну кількість тепла при повному навантаженні. Його готовий стальний корпус із вбудованими охолоджувальними вентиляторами страждав від масового накопичення пилу всередині шасі. Упродовж кількох місяців провідні металеві стружки та дрібнодисперсний пил забивали вентилятори й осідали на друкованій платі (PCB), спричиняючи короткі замикання, термічне обмеження роботи центрального процесора (CPU) та часті збої системи.

[Стандартний корпус із охолодженням вентилятором] ──(Заводський пил і металеві стружки)── [Забруднені вентилятори, термічне обмеження (92 °C) та збій системи]

Щоб вижити, пристрою потрібен був на 100 % безвентиляторний герметичний корпус з можливістю пасивного відведення тепла через зовнішні стінки, а також з захистом внутрішньої друкованої плати (PCB) від провідного пилу.

2. Розробка рішення: Пасивна алюмінієва профільна конструкція шасі з системою охолодження

Як спеціалізований OEM-виробник, наша інженерна команда з нуля розробила інтегроване гібридне шасі для охолодження, поєднуючи точних алюмінієвих профілів екструзії та лазерну різку та фрезерування листового металу .

Наш дизайн: екструдовані алюмінієві ребра зі сплаву 6063-T5 + внутрішній термоблок із ЧПУ + лазерно вирізана передня панель із алюмінію марки 5052 (безвентиляторна, пилозахищена)

Високотеплопровідна екструзія

Основне тіло виготовлено методом екструзії з алюмінієвого сплаву 6063-T5, обраного завдяки його високій теплопровідності (201 Вт/(м·К)) та механічній жорсткості. Зовнішня поверхня має спеціально розраховані глибокі охолоджувальні ребра (радіатор), що забезпечують максимальне відведення тепла регіоні.

Внутрішні термоблоки із ЧПУ

За допомогою багатоосьового фрезерування на верстатах з ЧПУ ми виготовили спеціальні внутрішні алюмінієві підставки, які щільно прилягають до процесора та транзисторів MOSFET на приватній друкованій платі клієнта за допомогою високоефективних теплопровідних прокладок. Це створило безпосередній, низькоопірний тепловий шлях від мікросхем до зовнішніх екструдованих ребер

Точне налаштування панелей із листового металу

Передня та задня панелі виготовлені штампуванням із алюмінію класу 5052. За допомогою автоматизованого лазерного різання волоконним лазером та фрезерування на верстатах з ЧПУ ми досягли точних, беззаусеневих вирізів для роз’ємів вводу-виводу (DB9, RJ45, USB-C, HDMI), які ідеально відповідають розташуванню роз’ємів на друкованій платі

Преміум-покриття з анодуванням

Остаточний корпус був анодований у матовому чорному кольорі. Анодування не лише підвищує твердість поверхні та стійкість до подряпин, а й покращує теплову випромінювальність алюмінієвої поверхні, збільшуючи ефективність теплового випромінювання на 15 %.

Сувора термічна та конструкційна перевірка

Перед серійним виробництвом прототипи корпусів проходили випробування в термокамері за умов, що імітують навантаження на заводі: