强力高效的树莓派水冷散热器


MAKER:OliverM18/译:趣无尽 Cherry(转载请注明出处)

众所周知,树莓派的 CPU 温度过高会触发降频运行机制,影响树莓派的运算性能。
本期给大家带来一个水冷的散热器的项目,纯手工打造(外形简单粗暴),能确保树莓派流畅运行「我的世界」。
如果你也爱折腾,不如来试试这个项目吧!

它是一个水冷回路,没有其他活动的部件,散热器通过离子风扇来冷却降温。

材料清单

树莓派 3B × 1
0.7 mm 的铜或铝板 × 若干
4 mm 黄铜或铝管 × 若干
6 mm 黄铜或铝管 × 若干
3D 打印材料 × 若干
22 号铜线 × 若干
高压交流变压器 × 1
5V 墙上适配器 × 1
5V 墙上适配器 × 1
主板机箱适配器 × 4
粘合剂 × 1
导热膏 × 1
带焊锡的烙铁 × 1

制作小贴士

1、材料的选择。

该项目是将 CPU 和其他集成电路芯片的热量传到到液体部分,然后再高效地交换到空气中。所以要选择导热的材料,我选择了铜片,它具有和银相当的良好的导热性,当然你也可以选择用铝片来代替。我设计制作散热器模块的模型,我选用 0.7mm 的铜片进行搭建,4mm 的铜管焊接各个结点。使用铝片制作散热器成本会更低。你可以考虑一下。

2、结点的连接方式。

由于铜片之间的焊接容易出现熔化的现象,我选择了具有快干功能的环氧树脂、合成金属和 CA 胶来粘合结点。但经过几周的观察后发现,铜片开始腐蚀,胶水也开始脱落。也许是干燥的胶水与材料中的某种物质发生了反应,当胶开始脱落之后,水就开始泄漏出来。最后,我使用有机硅胶进行重新组装(大家可以避坑啦!)。

3、选用 3.6V-6V 的变压器即可。输出电压约为 40 万伏,因此在使用时要小心并且在操作时不要离的太近。此外,在操作后还要进一步做处理,使用螺丝刀等工具使输出电线短路,让变压器放电。

搭建散热器模型

1、此散热器是基于树莓派 3B 搭建的,可以兼容树莓派 B+。两者只是在凸起的金属 CPU 外壳上有所不同。
模型的设计模板,模型和附件的尺寸等信息,请在项目文件库中下载。
https://make.quwj.com/project/210
如果你想用树莓派 4,就必须自己重新设计系统,但这并不难,你可以自己试一下。


2、打印出模板后,将其粘在铝板上,使用工具照着模板的样子将铝皮剪下来。需要折叠的地方使用钳子进行处理,完成后将纸质的模板剔除即可。

3、如图所示,在散热器块内部,我固定了几块向上倾斜的金属片。其原理是当冷水进入到侧面时,金属架中的水能够冷却 CPU,然后上升并通过顶部管道排出。我并不知道该理论是否真的有效,我可能需要一台热影像仪来查看一下该理论是否与实际情况一致。

4、散热块区域。波浪形的造型可以扩大散热的表面积。需要注意的是,要小心的折叠,铝块很容易被折断。完成所有的弯折处理后,使用硅胶在内部密封所有间隙。

5、用八块铝块制作一个网格。如图所示,内部的铝条使用互锁手法和硅胶将它们连接在一起。

3D 打印支架

3D 打印一个树莓派支架和散热器支架。打印所需的 STL 请在项目文件库中下载。
https://make.quwj.com/project/210
打印好后,组装所有的组件。我也提供了一版需要弯曲处理的模板,其实不需要特别注意那些切割和弯曲,只供参考。

建议支架不需要上色。在项目中,我将支架涂成银色,结果因为喷漆中包含金属粉末,产生了一定的导电性。如果是用作高压电子设备的支架,就废掉了。

所以我另外打印了一个用于离子风扇铜针的支架,该支架虽然是银色印刷的,但不导电。

连接管道

1、如图所示,切割管子并将管子的截面切得比所需的长一点。

2、使用工具弯曲铜管。

3、处理散热器的接口。使用工具处理接口处,将管道连接到散热器的两边,管道的一半被拆除。使用硅胶连接管道。原本我打算要三个散热块,但没有空间。因为它位于背面,移除树莓派并将其固定在两侧也很困难。此外,对于热量的主要产生者是 CPU,将在背面粘贴了一个散热器,然后用金属板覆盖散热器的孔。

4、在散热器的顶部钻两个 6mm 的孔,并固定两条长度为 6mm 的管道。这些将起到填充物和排水管的作用,同时当水加热时可以释放一些压力。使用硅胶将其固定在散热器的顶部。

安装树莓派


1、安装树莓派时确保所有的组件都对齐。连接管道,或焊接或使用硅胶,将所有的组件都固定到位。请注意,不要将硅胶粘到散热器的背面以及任何管道上。

2、连接完成和干燥后,检查系统是否防水。将其放入带水的桶中查看(取下树莓派)。如果出现气泡,使用硅胶补上缝隙,直到没有气泡为止。

3、在树莓派和其所有组件上涂上透明的指甲油,起到一定的防水作用。

制作离子风扇

1、最简单的方法是将两个金属网片接在一起,然后将数千伏的高压电源将其连接到一起。离子将从与正极线相连的网格中移动到带有负极的网格中,它们将不断的移动最后使风扇动起来(根据牛顿第三定律)。这种方法非常的简单,也很节省时间。


2、我采用了 Makezine 风格的离子风扇,是不是很酷呢。切割长为 85x 5mm 的 6mm 的铜管,作为负极面。
如图所示,将以 7×7 的组块形成蜂窝的形状。用铝胶带将它们固定在一起后,再将它们固定到位。最后对网格的大小进行调整,确保形状完整,大小合适。完成后将朝向正极网格的那一面进行打磨。取一根电线与其连接,同时使所有管道与正极网格保持距离。

3、正面网格的制作。打印网格模具,打印文件请在项目文件库中下载。
https://make.quwj.com/project/210
使用 22 号绝缘铜线截取 85 条长度一致的铜线。焊接时,将模具放入水中焊接以便熔化。
如图所示,将 85 条铜线穿过孔,然后将探头连接到顶部的一根长电线上。焊接到电线上后再连接到变压器。焊接时,确保所有探针均匀的朝下,越精确越好。最后,在每个探针上滴上少量的胶水,将其固定到位。

4、在用胶水固定两个栅格之前,先用电源和变压器测试了风扇。该系统不应起弧,但会通过负极网格产生空气流。如果你在正极网格感觉到,则可能反过来连接了变压器的输出线。因为很难找到最佳位置,当你找到它时,请用胶水将黄铜管固定到模具上。

最后的组装


1、使用硅胶将离子风扇固定在顶部,确保其金属部件与系统的其余部分相隔较远。
2、使用硅胶将高压变压器固定在背面并将其相应的输出线从正极和负极网格连接到铜线,确保两者之间有一定的距离。

3、将电线连接到电源,然后将电线与变压器的输入线相连并作绝缘处理。
4、在散热器的背面添加导热膏,并用四个主板支架固定树莓派。

5、使用吸管向系统中加了水并不时的摇动一下系统。当它快要装满时,稍微倾斜系统以消除滞留在散热片之间的空气。

完成


到目前为止离子散热器就完成了!插入以太网,电源和风扇连接器,所有设备通电后就可以开始使用了。
系统虽还不算完美,外观上还有待提升,但它的散热作用还是发挥作用。大部分热量通过管子和散热器散发出去。
离子风扇虽效果不如机械风扇好,但还是发挥有限的作用。

还需注意的地方:
噪音和使用寿命有待改善。另外,在 5V 的直流电下的功耗值为 0.52A。因为输出电压比较高,可能会伤害你,所以请小心处理!

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