Iónovo chladený systém pre váš herný server Raspberry Pi !: 9 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Ahoj tvorcovia!

Pred časom som dostal Raspberry Pi, ale nevedel som, čo s ním mám robiť. V poslednej dobe je Minecraft opäť populárny, a tak som sa rozhodol vytvoriť server Minecraft, ktorý by som si užíval ja a moji priatelia.

Ukázalo sa, že som to len ja: /. Každopádne teraz potrebujem celkom seriózny chladič, ktorý môže ochladiť server …

V tomto návode vám teda ukážem, ako urobiť celkom poriadny. Jeho súčasťou bude vodou chladená slučka bez pohyblivých častí, pretože chladič bude chladený voliteľným iónovým ventilátorom. Teraz priznávam, že som sa rovnako zameral na dizajn ako na funkčnosť. Na inštaláciu samotného servera existuje množstvo online návodov. Sledoval som toto video. Ak chcete umožniť ostatným hrať, budete tiež musieť port-forwardovať svoj router, na to existuje veľa informácií online. V každom prípade sa pustíme do výroby s chladiacim systémom!

Zásoby

0,7 mm plech z medi alebo hliníka

4 mm a

6 mm medené, mosadzné alebo hliníkové rúry¨

Vlákno pre 3D tlač (a tlačiareň!)

Asi medený drôt s priemerom 22

Vysokonapäťový transformátor striedavého prúdu (nájdete ho na rôznych stránkach online, narábajte s ním opatrne!)

2x 5-voltové nástenné adaptéry (jeden s konektorom micro USB, druhý iba s holými vodičmi)

4x adaptér šasi základnej dosky.

Lepidlo (najlepšie silikónové)

Tepelná pasta

Spájkovačka so spájkou

Šablóny

A počkaj! Zabudol som Raspberry Pi !!

Krok 1: Výber materiálov

Predtým, ako sa vrhneme na jeho výrobu, potreboval som nájsť stavebný materiál so správnymi vlastnosťami, z ktorého sa ukázala meď. Má podobné tepelné vlastnosti ako striebro, ktoré je najlepším tepelne vodivým kovom. To je dôležité, pretože chceme prenášať teplo z CPU a iných integrovaných obvodov na kvapalinu a potom efektívne von do vzduchu. Meď je dosť drahá, ale pre tento projekt bola zásadná. Ak chcete nájsť alternatívu, hliník by bol jeden, pretože tiež dobre vedie teplo. Tento plech z 0,7 mm medi ma stál okolo 30 dolárov, ale hliník by bol oveľa lacnejší. Vyrobím moduly blokov chladiča z plechu a rôzne moduly spojím s mosadznými a medenými rúrkami 4 mm, ale samozrejme na to môžete rovnako ľahko použiť aj hliníkové alebo plastové rúrky.

Na spojenie všetkých svojich dielov budete potrebovať aj nejaký druh lepidla. Moja bezprostredná voľba bola len spájkovať všetko dohromady. V tomto prípade sú však tepelné vlastnosti medi proti mne, pretože akonáhle som chcel spájkovať na diely dohromady, všetky spoje vedľa neho sa začali topiť. Skúsil som teda nájsť ďalšie alternatívy, viac o tom v nižšie uvedených „rýchlych“poznámkach.

Krok 2: Niekoľko rýchlych poznámok

Ako alternatívu k spájkovaniu som vyskúšal 5-minútový rýchly epoxid, syntetickú kovovú zlúčeninu a CA lepidlo (super lepidlo). Epoxid sa skutočne neviazal, syntetický kov nikdy nevytvrdol a super lepidlo vyzeralo, že funguje dobre, a svoju chybu ukázalo až po niekoľkých týždňoch, keď meď začala korodovať a lepidlo sa rozpadalo. Zaschnuté lepidlo nejako reagovalo, nie som si istý, či to spôsobuje voda, hliník alebo sóda bikarbóna, ktoré som použil ako aktivátor, aj keď sa to isté stalo v blízkosti medi. Výsledkom bolo, že potom, čo sa lepidlo začalo drobiť, všetka voda vytiekla. Ak niekto vie odpoveď na to, čo to spôsobilo, rád by som to vedel. Nakoniec som musel systém rozobrať a všetko znova zložiť silikónom. Dúfam, že to bude konečne fungovať, pretože silikón je oveľa menej reaktívny (ale to ukáže až čas).

Väčšina záberov nebola nikdy zaznamenaná, takže aby ste vedeli, na všetkých obrázkoch, ktoré vidíte, ako nanášate super lepidlo, by ste namiesto toho mali použiť silikón.

Ďalšou poznámkou je, že zatiaľ čo vyššie uvádzam, že som použil plech z medi, na blok chladiča som použil hliník. Je oveľa väčší a menej sa zahrieva, takže lacnejší hliník bude fungovať dobre.

Pokiaľ ide o transformátory, pokúsil som sa použiť neónový transformátor za 15 dolárov, ale bohužiaľ som to nedostal do práce. Čo fungovalo, boli lacné 3-buck-alebo-tak lacné lacné zosilňovače. Väčšina z nich, ako je táto, má prevádzkové napätie 3,6 až 6 voltov, čo je pre našu aplikáciu ideálne. Výstupné napätie je okolo 400 000 voltov, takže pri manipulácii buďte opatrní a nepribližujte sa k nemu príliš blízko. Okrem toho pri manipulácii po prevádzke transformátor vybite skratovaním výstupných vodičov skrutkovačom alebo podobne.

Krok 3: Rezanie a ohýbanie listov a tesnenie blokov

Začal som navrhovaním chladiacich blokov. Ako prílohy môžete nájsť šablóny dizajnu pre všetko, bloky, ale aj rozmery rúr. Tieto návrhy sú pre Raspberry Pi 3 model B, ale myslím si, že by mali byť kompatibilné aj s B+, pretože tieto dva sa líšia iba vyvýšeným kovovým plášťom CPU, pokiaľ ide o tvarový faktor (aspoň pre diely, na ktorých nám záleží). Ak to chcete urobiť pre nový Raspberry Pi 4, budete musieť systém navrhnúť sami, ale nebojte sa, nie je to také ťažké.

Každopádne som šablóny vytlačil a obojstrannou páskou ich pripevnil k medi a hliníku. Všetky časti som vystrihla nožnicami na kov. Samozrejme, dá sa použiť aj nástroj Dremel, ale podľa mňa sú nožnice oveľa rýchlejšou metódou (tiež menej hlučné!). Potom som ohnul boky. Na to som použil zverák, ale vyhýbal som sa kliešťam s ihlou a namiesto nich som použil kliešte s plochým nosom (v skutočnosti neviem jeho názov), kde zverák nebol životaschopný. Ohyby tak budú rovnejšie a výraznejšie. Potom, čo boli urobené všetky ohyby, som šablónu odstránil.

Vnútri chladiacich blokov som zaistil niekoľko kúskov kovu, sklonených nahor (keď sú namontované na svojom mieste). Teraz je za tým teória, že studená voda bude prúdiť po stranách a „zachytí sa“do kovových políc, ochladí procesor a potom sa zdvihne a vystúpi horným potrubím, aj keď neviem, ako analyzovať, či to skutočne funguje. Pravdepodobne by som potreboval termovíznu kameru, aby som zistil, či teoretická dráha teplej vody je v praxi skutočne rovnaká.

Keď prišlo na oblasť odstraňovania tepla bloku chladiča, chcel som ju zvlniť, aby sa maximalizovala jej povrchová plocha. Skúšal som skórovať a ohnúť sa, ale toto sa ukázalo ako katastrofa, pretože praskla najmenej polovica zákrut. Skúšal som zlepiť všetky kúsky dohromady s CA, ale ako všetci vieme, aj toto zlyhalo. Fungovalo to dobre so silikónom, ale keby som to urobil znova, použil by som niečo ako hrubšiu fóliu a tiež by som urobil ohyby v opačnom smere, aby teplá voda mohla prúdiť v kanáloch jednoduchšie.

Potom, keď boli urobené všetky ohyby, som všetky medzery utesnil silikónom zvnútra.

Tiež som vyrobil mriežku z 8 kusov hliníka. Na ich vzájomné prepojenie som použil spojovaciu techniku spolu so silikónom. Nie som si celkom istý, prečo som sa to rozhodol urobiť, myslím si, že moja myšlienka bola taká, že takto teplá voda prichádzajúca nabok nebude klesať do vstupných potrubí, ale klesajúca studená voda zhora áno. Spätne sa mi zdá, že táto myšlienka je prinajmenšom dosť príťažlivá.

Krok 4: Tlač stojana a niekoľko zlých rozhodnutí…

3D som vytlačil stojan pre Pi aj pre blok chladiča. Zostavil som všetky diely, ktoré nájdete ako prílohy STL. Pomohlo mi to pri rezaní a ohýbaní rúrok, aj keď to pre vás nebude potrebné, pretože som poskytol aj šablónu na ohýbanie. Nastriekal som to striebornou farbou, ale bolo to najhlúpejšie rozhodnutie. Vidíte, napriek dobrému vzhľadu to nie je naozaj praktické, pretože obsahuje kovový prášok. Vďaka tomu je farba trochu vodivá, čo je zlé, ak ju chcete použiť ako stojan pre vysokonapäťovú elektroniku (v skratke, začala cítiť spálený plast). Musel som vytlačiť ďalší držiak na medené kolíky iónového ventilátora, ktorý je síce vytlačený v striebornej farbe, ale nevedie elektrinu. Prejdime teraz k rúrkam.

Krok 5: Rezanie a ohýbanie a spájanie rúrok

Sekcie rúrok som pre istotu skrátil o niečo dlhšie, ako bolo potrebné. Pokiaľ ide o ohýbanie, môžete samozrejme použiť nástroj na ohýbanie rúrok, ale pretože ho nemám, namiesto toho som použil bezplatnú metódu. Vzal som kus lepenky, prilepil som ho k jednému koncu a naplnil tubu pieskom. Piesok vyrovná napätie a minimalizuje záhyby v kovu. Na ohýbanie je najľahšie použiť niečo ako vešiak na šaty alebo záclonovú tyč. Uistil som sa, že budem neustále kontrolovať, aby som sa uistil, že sa všetko zmestí, a tiež som zostavoval niekoľko kúskov, ako som išiel. Ako referenciu môžete použiť priloženú šablónu.

Niekoľkým nástrojom som urobil niekoľko potrebných rezov. Tam, kde sa potrubia budú spájať na oboch stranách s chladnejšími blokmi, bola odstránená polovica potrubia. Na pripojenie týchto rúrok som použil silikón. Pôvodne som mal mať 3 chladiace bloky, ale rozhodol som sa, že sa nebudem obťažovať tým, ktorý je na pamäť, pretože bol na zadnej strane, a odstránenie Raspberry Pi by bolo ťažké, pretože by bolo upnuté dohromady z oboch strán. Okrem toho je hlavným generátorom tepla CPU (aj keď neviem, prečo by ethernetový procesor potreboval chladenie, možno preto, že vyzerá tak cool?). Nakoniec som len prilepil chladič na zadnú stranu a otvory na chladiči som zakryl kovovými platničkami.

V hornej časti bloku chladiča som tiež urobil dva 6 mm otvory a zaistil dve dĺžky 6 mm rúrky. Budú fungovať ako plniace a vypúšťacie potrubia, ale pri zahrievaní vody uvoľnia aj určitý tlak.

Nakoniec som hornú časť chladiča zaistil silikónom.

Krok 6: Systém nadobúda formu …

Dočasne som namontoval Raspberry Pi, aby som sa uistil, že je všetko zarovnané. Na spájanie niektorých rúrok som použil spájkovanie, ale zvyšok bol vykonaný silikónom a diely držal na mieste lepidlom, kým lepidlo nevyschlo. Pri zaisťovaní všetkého dbajte na to, aby sa silikón nedostal na zadnú stranu blokov chladiča (ktoré sa budú pripájať k integrovaným obvodom) ani do žiadnych rúrok.

Potom, čo všetko zaschlo, som chcel zistiť, či je systém vodotesný. To sa dá dosiahnuť ponorením všetkého pod vodu, napríklad do vedra (samozrejme s odstráneným Raspberry Pi). Slamkou som do jedného z odtokových potrubí vpustil vzduch a druhým som zablokoval palec. Tam, kde sa objavujú bubliny, je diera a tam som naniesol viac silikónu. Toto sa opakovalo, kým už neboli žiadne bubliny.

Aby som zaistil extra ochranu, na Raspberry a na všetky jeho súčasti som použil transparentný lak na nechty, aby pôsobil ako hydroizolácia.

Krok 7: Príbeh iónového ventilátora

Určite existujú lepšie a rýchlejšie metódy výroby iónového ventilátora, najľahšie je zobrať dva kusy kovovej sieťoviny a k nim pripojiť niekoľko tisíc voltový zdroj vysokého napätia. Ióny pôjdu zo siete spojenej s kladným drôtom a poletia smerom k záporne nabitej mriežke, nakoniec z nej vyjdú a budú pokračovať v lete, čím nám poskytne slabý vietor (Newtonov tretí zákon). Tento prístup by ma zachránil o mnoho hodín neskôr, ale napriek tomu považujem svoj vlastný prístup (štýl Makezine) za chladnejší (pozrite sa, čo som tam urobil, so slovom „v pohode“? Nevadí).

Na negatívnu mriežku som začal rozrezaním dĺžok 6 mm mosadznej rúrky 85 x 5 mm. Zoskupil som ich dohromady 7 x 7 do plástového tvaru. Použil som hliníkovú pásku, aby som ich držal pohromade, kým som ich upevnil na mieste. Tu som sa nemohol dostať preč od spájkovania, pretože je to jediná metóda, ktorú som mal, ktorá dokázala spájať diely a tiež viesť elektrický prúd. Takže vždy, keď som spájkoval väčšie kusy (nie však tie v Minecrafte), musel som všetko zalepiť páskou, aby sa nič nerozpadlo. Na pripojenie týchto šesťuholníkov k sebe som použil namiesto žehličky butánový horák a tiež som pridal niekoľko menších kúskov, aby som sa dostal do správneho tvaru. Pripojil som drôt a brúsil som stranu smerujúcu k pozitívnej mriežke na plocho, pretože všetky rúry by mali byť rovnako ďaleko od pozitívnej mriežky.

Keď už hovoríme o pozitívnej mriežke, bolo rovnako ťažké ju vytvoriť. Vytlačil som mriežku, ktorú nájdete ako prílohu. Odrezal som 85 kusov z neizolovaného medeného drôtu s priemerom 22 rovnakej dĺžky. Aby sa zabránilo roztaveniu tlače, spájal som všetko dohromady, kým bol plast pod vodou. Každý z 85 pinov (nazvime ich „sondy“, znie oveľa chladnejšie) bol zasunutý cez otvory a sondy boli zhora spojené s dlhšími kusmi drôtu. Tieto boli následne spájkované na drôt, ktorý sa neskôr spojí s transformátorom. Pri spájkovaní sa uistite, že všetky sondy držia rovnako dole, na to som použil kus plastu. Čím presnejšie, tým lepšie! Na každú zo sond som naniesol kvapku lepidla, aby som ich zaistil k tlači.

Pred zaistením dvoch mriežok lepidlom som vyskúšal ventilátor pomocou napájania a transformátora. Systém by nemal byť oblúkový, ale mal by produkovať rozumný prúd vzduchu cez negatívnu mriežku (ak to cítite na pozitívnej strane, možno ste pripojili výstupné vodiče transformátora naopak). Nájsť toto sladké miesto môže byť ťažké, ale keď ho získate, zaistite mosadzné rúrky k plastu lepidlom.

Krok 8: Elektrické práce a nastavenie všetkého

Iónový ventilátor som pripevnil k vrchu silikónom a uistil som sa, že jeho kovové časti sú ďaleko od zvyšku systému. Tiež som upevnil vysokonapäťový transformátor na zadnú stranu silikónom a pripojil zodpovedajúce výstupné vodiče k medeným vodičom z kladnej a zápornej mriežky, pričom som sa uistil, že je medzi nimi značná vzdialenosť (posledná vec, ktorú chcem, je iskrenie). Potom som vzal svoj napájací zdroj s holými vodičmi a prepojil som vodiče so vstupnými transformátorom. Nezabudnite pridať izoláciu.

Ďalej som pridal tepelnú pastu na zadnú stranu blokov chladiča a namontoval som Raspberry so 4 dištanciami základnej dosky.

Pipetou som do systému pridal vodu a ubezpečil som sa, že so systémom zatrasiem (posledná vec, ktorú chceme, je vzduchová bublina zachytená v jednom z chladiacich blokov). Keď bol takmer naplnený, mierne som naklonil systém, aby som sa zbavil vzduchu zachyteného medzi rebrami chladiča.

Konečne je to hotové!

Krok 9: Koniec

Po tom všetkom je iónový chladič konečne hotový! Zapojil som konektor Ethernet, napájanie a ventilátor a všetko zapol. Teraz je zrejmé, že systém nie je dokonalý. Lamely chladiča sú potiahnuté silikónom rovnako ako nie, preto spochybňujem, že je to funkčné. Aj keď sa veľa tepla aj tak rozptýli cez rúrky a chladiace bloky. Povedal by som, že iónový ventilátor je lepší ako nič, ale nie taký dobrý ako mechanický. Avšak tu máte nevýhodu hluku a životnosti. Moje meranie jeho spotreby energie dostalo hodnotu 0,52 A pri 5 voltoch DC. Aj keď je výstupné napätie oveľa vyššie, potenciálne by vám to mohlo ublížiť, preto buďte opatrní!

Skutočne smutné je, že kým som ho postavil pre seba a svojich priateľov, aby si ho užili, teraz ich hranie Minecraftu unavilo …

V každom prípade vyššie nájdete gameplay video, ak vás zaujíma.

Dúfam, že sa vám tento projekt páčil, ak sa vám páčil, tak sa vám Instruktabilný páčil a zvážte, že mi v súťaži dáte svoj hlas:).

Uvidíme sa pri ďalšom pokyne!

Šťastnú výrobu!