Sistema di raffreddamento a ioni per il tuo server di gioco Raspberry Pi!: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ciao Maker!

Tempo fa ho ricevuto Raspberry Pi, ma non sapevo davvero cosa farne. Di recente, Minecraft è tornato in popolarità, quindi ho deciso di creare un server Minecraft per me e i miei amici.

Bene, si è scoperto che ero solo io: /. Ad ogni modo, ora ho bisogno di un dispositivo di raffreddamento abbastanza serio che possa raffreddare il server…

Quindi in questo Instructable, ti mostrerò come crearne uno piuttosto tosto. Includerà un circuito raffreddato ad acqua, senza parti mobili, poiché il radiatore sarà raffreddato da una ventola ionica opzionale. Ora, ammetto di essermi concentrato sia sul design che sulla funzionalità. Per l'installazione del server stesso, sono disponibili numerosi tutorial online. Ho seguito questo video. Se vuoi consentire ad altri di giocare, dovrai anche eseguire il port forwarding del tuo router, esistono molte informazioni per questo online. Ad ogni modo, iniziamo a fare con il sistema di raffreddamento!

Forniture

Lastra di rame o alluminio da 0,7 mm

4 mm e

Tubi in rame, ottone o alluminio da 6 mm¨

Filamento per stampa 3D (e una stampante!)

Alcuni cavi di rame calibro 22

Un trasformatore CA ad alta tensione (può essere trovato su vari siti online, si prega di maneggiare con cura!)

2x adattatori da parete da 5 volt (uno con un connettore micro USB, l'altro solo con fili scoperti)

4x adattatori per chassis della scheda madre.

Un adesivo (preferibilmente silicone)

Pasta termica

Un saldatore con saldatura

I modelli

E aspetta! Ho dimenticato il Raspberry Pi!!

Passaggio 1: scelta dei materiali

Prima di affrettarci a realizzarlo, avevo bisogno di trovare un materiale di costruzione con le giuste proprietà, che si è rivelato essere il rame. Ha proprietà termiche simili all'argento che è il miglior metallo conduttore di calore. Questo è importante, poiché vogliamo trasferire il calore dalla CPU e da altri circuiti integrati al liquido, e quindi all'aria in modo efficace. Il rame è piuttosto costoso, tuttavia, è stato fondamentale per questo progetto. Se vuoi trovare un'alternativa, l'alluminio sarebbe una di queste, poiché conduce bene anche il calore. Questo foglio di rame da 0,7 mm mi è costato circa $ 30, ma l'alluminio sarebbe molto più economico di così. Farò i moduli del blocco di raffreddamento fuori dal foglio e collegherò i diversi moduli con tubi in ottone e rame da 4 mm, ma ovviamente potresti usare altrettanto facilmente tubi in alluminio o plastica per questo scopo.

Avrai anche bisogno di un qualche tipo di adesivo per collegare tutte le tue parti. La mia scelta immediata è stata quella di saldare tutto insieme. Tuttavia, in questo caso, le proprietà termiche del rame sono effettivamente lavorate contro di me, perché non appena ho voluto saldare le parti insieme, tutte le connessioni vicine hanno iniziato a fondersi. Quindi ho cercato altre alternative, di più nelle note "rapide" di seguito.

Passaggio 2: alcune note rapide

In alternativa alla saldatura, ho provato una resina epossidica rapida da 5 minuti, un composto metallico sintetico e una colla CA (super colla). La resina epossidica non si è davvero incollata, il metallo sintetico non si è mai polimerizzato e la super colla sembrava funzionare bene, e ha mostrato il suo difetto solo dopo poche settimane, quando il rame ha iniziato a corrodersi e la colla si è sbriciolata fino alla fine. La colla secca stava reagendo in qualche modo, non sono sicuro che sia l'acqua, l'alluminio o il bicarbonato di sodio che ho usato come attivatore a causare questo, anche se lo stesso è successo vicino al rame. Il risultato è stato che dopo che la colla ha iniziato a sgretolarsi, tutta l'acqua è fuoriuscita. Se qualcuno conosce la risposta a ciò che ha causato questo, mi piacerebbe saperlo. Alla fine ho dovuto smontare il sistema e rimontare tutto con il silicone. Spero che alla fine funzioni, poiché il silicone è molto meno reattivo (ma solo il tempo lo dirà).

Gran parte del filmato non è mai stato registrato di nuovo, quindi solo perché tu lo sappia, in tutte le immagini in cui mi vedi applicare la super colla, dovresti invece usare il silicone.

Un'altra nota è che mentre affermo sopra che ho usato la lamiera di rame, ho usato l'alluminio per il blocco del radiatore. È molto più grande e si scalda meno, quindi l'alluminio più economico funzionerà bene.

In termini di trasformatori, ho provato a utilizzare un trasformatore al neon da $ 15, ma sfortunatamente non sono riuscito a farlo funzionare. Quello che ha funzionato sono stati i trasformatori step-up economici da 3 buck o giù di lì. La maggior parte di questi, come questo, ha una tensione operativa da 3,6 a 6 volt, che è perfetta per la nostra applicazione. La tensione di uscita è di circa 400.000 volt, quindi prestare attenzione durante la manipolazione e non avvicinarsi troppo durante il funzionamento. Inoltre, quando si maneggia dopo il funzionamento, scaricare il trasformatore cortocircuitando i cavi di uscita con un cacciavite o simili.

Passaggio 3: tagliare e piegare i fogli e sigillare i blocchi

Ho iniziato progettando i blocchi più freddi. Puoi trovare i modelli di progettazione per tutto, sia i blocchi ma anche le dimensioni del tubo, come allegati. Questi design sono per il modello B di Raspberry Pi 3, tuttavia penso che dovrebbero essere compatibili anche con il B+, poiché i due differiscono solo per il case della CPU in metallo rialzato in termini di fattore di forma (almeno per le parti a cui teniamo). Se desideri realizzarlo per il nuovo Raspberry Pi 4, dovrai progettare il sistema da solo ma non preoccuparti, non è così difficile.

Ad ogni modo, ho stampato i modelli e li ho attaccati al rame e all'alluminio con del nastro biadesivo. Ho ritagliato tutte le parti con le forbici di metallo. Ovviamente è possibile utilizzare anche uno strumento Dremel, ma trovo che le forbici siano un metodo molto più rapido (anche meno rumoroso!). Dopo di ciò, ho piegato i lati. Ho usato una morsa per questo, ma ho evitato le pinze ad ago, e invece ho usato un paio di pinze a becco piatto (non ne conosco il nome) dove la morsa non era praticabile. In questo modo le curve saranno più dritte e definite. Dopo aver fatto tutte le pieghe, ho rimosso il modello.

All'interno dei blocchi di raffreddamento, ho fissato alcuni pezzi di metallo, inclinati verso l'alto (quando sono montati in posizione). Ora, la teoria alla base di questo è che l'acqua fredda entrerà dai lati e "si impiglierà" negli scaffali di metallo, raffredderà la CPU e poi si alzerà ed uscirà attraverso il tubo superiore, anche se non so davvero come per analizzare se funziona davvero. Probabilmente avrei bisogno di una termocamera per vedere se il percorso teorizzato dell'acqua calda è effettivamente lo stesso in pratica.

Quando si trattava dell'area di smaltimento del calore del blocco dissipatore di calore, volevo piegarlo in modo ondulato, per massimizzare la sua superficie. Ho provato a segnare e piegare, ma questo si è rivelato un disastro, poiché almeno la metà delle curve si è spezzata. Ho provato a incollare tutti i pezzi insieme a CA, ma come tutti sappiamo, anche questo è fallito miseramente. Ha funzionato bene con il silicone, ma se dovessi farlo di nuovo, userei qualcosa come un foglio più spesso, e farei anche le curve nell'altra direzione, così l'acqua calda può fluire nei canali con più facilità.

Successivamente, quando tutte le pieghe sono state fatte, ho sigillato tutti gli spazi vuoti con il silicone, dall'interno.

Ho anche realizzato una griglia con 8 pezzi di alluminio. Ho usato una tecnica ad incastro per collegarli tra loro, insieme al silicone. Non sono così sicuro del motivo per cui ho deciso di farlo, immagino che il mio pensiero fosse che in questo modo l'acqua calda che arriva lateralmente non affonderà nei tubi di ingresso, ma l'acqua fredda che affonda, dall'alto, lo farebbe. In retrospettiva, l'idea sembra a dir poco inverosimile.

Passaggio 4: stampa dello stand e alcune decisioni sbagliate…

Ho stampato in 3D un supporto, sia per il Pi che per il blocco radiatore. Ho assemblato tutte le parti, che puoi trovare come allegati STL. Questo mi ha aiutato con il taglio e la piegatura dei tubi, anche se questo non sarà necessario per te, poiché ho anche fornito una sagoma per la piegatura. L'ho verniciato a spruzzo d'argento, ma questa è stata la decisione più stupida. Vedi, nonostante l'aspetto estetico, non è molto pratico, poiché contiene polvere di metallo. Questo rende la vernice un po' conduttiva, il che è dannoso se si desidera utilizzarla come supporto per l'elettronica ad alta tensione (per farla breve, ha iniziato a puzzare di plastica bruciata). Ho dovuto stampare un altro supporto per i pin di rame della ventola ionica, che sebbene sia stampato in argento, non conduce elettricità. Ora passiamo ai tubi.

Passaggio 5: taglio e piegatura e collegamento dei tubi

Ho tagliato le sezioni di tubo un po' più lunghe del necessario, giusto per essere sicuri. Quando si tratta di piegare, puoi ovviamente usare uno strumento per piegare tubi, ma poiché non ne ho uno, ho invece utilizzato un metodo gratuito. Ho preso un pezzo di cartone, l'ho incollato a un'estremità e ho riempito il tubo di sabbia. La sabbia eliminerà lo stress e ridurrà al minimo le pieghe nel metallo. Per la piegatura, è più facile usare qualcosa come un appendiabiti o un bastone per tende. Mi sono assicurato di controllare costantemente per essere sicuro che tutto andasse bene, e ho anche assemblato alcuni pezzi mentre procedevo. Come riferimento, puoi utilizzare il modello allegato.

Ho fatto alcuni tagli necessari con un multi-strumento. Nel punto in cui i tubi si collegheranno su entrambi i lati ai blocchi di raffreddamento, metà del tubo è stata rimossa. Ho usato il silicone per collegare questi tubi. Ora, originariamente avrei avuto 3 blocchi più freddi, ma ho deciso di non preoccuparmi di quello per la memoria, poiché era sul lato posteriore, e rimuovere il Raspberry Pi sarebbe stato difficile se fosse fissato insieme da entrambi i lati. Inoltre, il principale generatore di calore è la CPU (anche se non so davvero perché il processore Ethernet avrebbe bisogno di raffreddamento, forse perché sembra così bello?). Ho finito per attaccare un dissipatore di calore sul lato posteriore e ho coperto i fori del radiatore con lastre di metallo.

Ho anche fatto due fori da 6 mm nella parte superiore del blocco del radiatore e ho fissato due lunghezze di tubo da 6 mm. Questi funzioneranno come tubi di riempimento e scarico, ma rilasceranno anche parte della pressione mentre l'acqua si riscalda.

Infine, ho fissato la parte superiore del radiatore con del silicone.

Passaggio 6: il sistema prende forma…

Ho montato temporaneamente il Raspberry Pi, per essere sicuro che tutto fosse allineato. Ho usato la saldatura per collegare alcuni tubi, anche se il resto è stato fatto con silicone, e ho tenuto le parti in posizione con l'aderenza, finché la colla non si è asciugata. Quando si fissa tutto, assicurarsi di non mettere silicone sul lato posteriore dei blocchi di raffreddamento (che si collegheranno ai circuiti integrati) e nei tubi.

Dopo che tutto si era asciugato, volevo vedere se il sistema era impermeabile. Questo può essere fatto immergendo tutto sott'acqua, ad esempio in un secchio (con il Raspberry Pi rimosso, ovviamente). Con l'aiuto di una cannuccia ho soffiato aria in uno dei tubi di scarico e ho bloccato l'altro con il pollice. Dove emergono le bolle, c'è un buco e lì ho applicato altro silicone. Questo è stato ripetuto fino a quando non c'erano più bolle.

Per una protezione extra, ho applicato dello smalto trasparente al Lampone e a tutti i suoi componenti, per agire come un po' di impermeabilizzazione.

Passaggio 7: Il racconto del fan degli ioni

Esistono certamente metodi migliori e più veloci per realizzare un ventilatore a ioni, il più semplice è semplicemente prendere due pezzi di rete metallica e collegare una sorgente di alta tensione di qualche migliaio di volt a entrambi. Gli ioni andranno dalla maglia collegata al filo positivo e voleranno verso la griglia caricata negativamente, e infine usciranno attraverso di essa e continueranno a volare, dandoci così il leggero vento (terza legge di Newton). Questo approccio mi avrebbe risparmiato molte ore dopo, ma comunque considero il mio approccio (stile Makezine) molto più interessante (vedi cosa ho fatto lì, con la parola "cool"? Non importa).

Ho iniziato tagliando lunghezze di 85 x 5 mm di tubo di ottone da 6 mm, per la griglia negativa. Li ho raggruppati insieme, 7 per 7, a forma di nido d'ape. Ho usato del nastro di alluminio per tenerli insieme mentre li fissavo in posizione. Qui, non potevo fare a meno di saldare, poiché è l'unico metodo che ho potuto collegare i pezzi e anche condurre l'elettricità. Quindi ogni volta che ho saldato insieme pezzi più grandi (non quelli di Minecraft però), ho dovuto registrare tutto in modo che nulla si rompesse. Ho usato una torcia buthane invece di un ferro per collegare insieme questi esagoni, e ho anche aggiunto alcuni pezzi più piccoli per ottenere la forma giusta. Ho collegato un filo e levigato il lato rivolto verso la griglia positiva, poiché tutti i tubi dovrebbero essere ugualmente lontani dalla griglia positiva.

Parlando della griglia positiva, è stata altrettanto difficile da realizzare. Ho stampato la griglia, che può essere trovata come allegato. Ho tagliato 85 pezzi di filo di rame non isolato calibro 22 di uguale lunghezza. Per evitare che la stampa si sciogliesse, ho saldato tutto insieme mentre la plastica era sott'acqua. Ciascuno degli 85 pin (chiamiamolo "sonde", suona molto più fresco) è stato spinto attraverso i fori e le sonde sono state collegate a pezzi di filo più lunghi dall'alto. Questi sono stati a loro volta saldati ad un filo che si collegherà successivamente al trasformatore. Durante la saldatura, assicurati che tutte le sonde aderiscano allo stesso modo, ho usato un pezzo di plastica per assicurarmelo. Più è preciso, meglio è! Ho applicato una goccia di colla su ciascuna delle sonde, per fissarle alla stampa.

Prima di fissare le due griglie con la colla, ho testato la ventola con il mio alimentatore e trasformatore. Il sistema non dovrebbe creare arco, ma dovrebbe produrre un flusso d'aria sensibile attraverso la griglia negativa (se lo senti sul lato positivo, potresti aver collegato i fili di uscita del trasformatore al contrario). Può essere difficile trovare questo punto debole, ma una volta ottenuto, fissa i tubi di ottone alla plastica con la colla.

Passaggio 8: lavori elettrici e installazione di tutto

Ho fissato la Ion Fan alla parte superiore con del silicone assicurandomi che le sue parti metalliche siano lontane dal resto del sistema. Ho anche fissato il trasformatore ad alta tensione sul lato posteriore con silicone e ho collegato i fili di uscita corrispondenti ai fili di rame della griglia positiva e negativa, assicurandomi che ci sia una discreta distanza tra questi (l'ultima cosa che voglio è creare un arco). Ho quindi preso il mio alimentatore con i fili scoperti e ho collegato i fili con quelli di ingresso del trasformatore. Assicurati di aggiungere l'isolamento.

Successivamente, ho aggiunto la pasta termica sul lato posteriore dei blocchi di raffreddamento e ho montato il Raspberry con i 4 distanziatori della scheda madre.

Ho aggiunto acqua nel sistema con una pipetta e mi sono assicurato di scuotere il sistema (l'ultima cosa che vogliamo è una bolla d'aria intrappolata in uno dei blocchi di raffreddamento). Quando era quasi pieno, ho leggermente inclinato il sistema per eliminare l'aria intrappolata tra le alette del radiatore.

Finalmente è finito!

Passaggio 9: la fine

Dopo tutto questo, lo Ion Cooler è finalmente finito! Ho collegato il connettore Ethernet, alimentazione e ventola e ho acceso tutto. Ora è evidente che il sistema non è perfetto. Le alette del radiatore sono ugualmente ricoperte di silicone, quindi dubito che sia funzionale. Tuttavia, gran parte del calore si disperde comunque, attraverso i tubi e i blocchi di raffreddamento. Direi che lo Ion Fan è meglio di niente, ma non è buono come quello meccanico. Tuttavia, c'è lo svantaggio del rumore e della vita. La mia misurazione del suo consumo energetico ha ottenuto un valore di 0,52 A a 5 Volt CC. Sebbene la tensione di uscita sia molto più alta, potrebbe potenzialmente farti del male, quindi fai attenzione!

La cosa davvero triste è che, mentre l'ho costruito per me e per i miei amici, ora si sono stancati di giocare a Minecraft…

Ad ogni modo, sopra puoi trovare un video di gameplay, se sei interessato.

Spero che questo progetto ti sia piaciuto, se ti è piaciuto, metti mi piace a Instructable e considera di votarmi al concorso:).

Ci vediamo al prossimo Instructable!

Felice realizzazione!