Comment fabriquer des waterblocks ? - Solutions de refroidissement PC sur mesure

Dans des secteurs clés comme la météorologie, les systèmes de sécurité et les salles de jeux, on utilise des ordinateurs ultra-rapides. Lorsque leurs processeurs fonctionnent à plein régime, ils dissipent cette énergie sous forme de chaleur. Cette chaleur peut endommager un PC et provoquer un incendie. Pour éviter de tels incidents, des systèmes de refroidissement sont installés. Ils transforment cette chaleur en liquide, ce qui permet de refroidir les composants internes du PC. Les waterblocks jouent un rôle essentiel dans ces solutions de refroidissement. Cet article vous permettra de découvrir les waterblocks, leurs différents types et leur fabrication par usinage CNC.

Qu'est-ce qu'un waterblock ?

Un waterblock est un composant de précision d'un système de refroidissement liquide pour PC. Dans les PC refroidis par liquide, son rôle est de transférer la chaleur générée par le processeur ou la carte graphique au liquide de refroidissement. Ce liquide circule dans tout le PC et maintient la température interne du système.

Introduction au bloc de refroidissement liquide

Dans cette section de l'article, nous allons présenter les composants d'un waterblock afin de bien comprendre ce qu'est un waterblock. Un waterblock se compose de deux parties principales :

Bloc d'eau supérieur

Le couvercle du waterblock assure l'étanchéité du bloc et maintient les orifices d'entrée et de sortie pour optimiser le flux. Différents matériaux sont utilisés, tels que l'acrylique, l'acétal, l'aluminium ou le laiton.

Il peut être transparent si la visibilité du flux est requise, ou opaque si la durabilité et l'esthétique sont privilégiées.

Base de bloc d'eau

La base d'un waterblock est directement reliée au processeur (CPU) ou à la carte graphique (GPU). On l'appelle parfois plaque froide liquide. Cette partie de la base comporte des microcanaux ou des ailettes dans lesquels circule le liquide de refroidissement. Différents matériaux peuvent être utilisés ; par exemple, le cuivre offre une excellente conductivité thermique, tandis que le cuivre nickelé assure une meilleure résistance à la corrosion.

• Base du waterblock et plaque froide : On confond parfois waterblock et plaque froide. Voici comment les différencier : le terme « plaque froide » désigne généralement sa fonction (refroidissement par liquide). Lorsqu’elle est spécifiquement conçue et intégrée à un waterblock pour ordinateur, sa base est appelée « base du waterblock ».

Caractéristiques principales des blocs d'eau

Les waterblocks présentent un design élégant et compact, et peuvent être transparents ou opaques. Ce composant du PC à refroidissement liquide intègre des options d'éclairage RGB et des canaux de refroidissement visibles.

Voici ses caractéristiques fonctionnelles :

• Base à haute conductivité thermique
• Conception à microcanaux pour un transfert de chaleur efficace
• Résistance à la corrosion et à l'usure
• Orifices d'entrée/sortie pour le flux de liquide de refroidissement
• Joint torique étanche

Bloc de refroidissement liquide pour PC

Dans un système de refroidissement pour PC, les blocs de refroidissement liquide sont placés directement sur les composants générant de la chaleur, comme le processeur ou la carte graphique. On peut les considérer comme le cœur du circuit de refroidissement, là où commence le transfert de chaleur des composants vers le liquide de refroidissement.

Comment les waterblocks améliorent les performances d'un PC

Un bloc de refroidissement liquide est un composant essentiel pour améliorer les performances d'un PC. Voici comment les performances sont améliorées :

• Il dissipe l'énorme chaleur générée par les milliers de processeurs et de cartes graphiques.
• La chaleur est convertie en liquide de refroidissement, ce qui abaisse la température à l'intérieur du système.
• Son design est élégant et compact, ce qui permet de gagner de la place et de réduire le bruit.
• Le maintien d'une température constante au sein du système permet d'augmenter la durée de vie des composants, de réduire les pannes et, par conséquent, d'accroître la fiabilité.

Types courants de blocs de refroidissement liquide pour PC

Il existe deux principaux types de blocs de refroidissement liquide pour PC utilisés dans les supercalculateurs : les refroidisseurs de GPU et les refroidisseurs de CPU.

Bloc d'eau GPU

Les unités de traitement graphique des supercalculateurs génèrent beaucoup de chaleur au sein du système.

Un waterblock pour GPU est différent d'un circuit imprimé. Il s'agit d'un composant thermique solide qui assure un contact direct avec les pièces générant de la chaleur grâce à un matériau d'interface thermique.

Son rôle est de maintenir une température de fonctionnement stable en puisant la chaleur de la puce GPU, des modules de mémoire et des modules de régulation de tension, et en la transférant au liquide de refroidissement.

Bloc de refroidissement pour processeur

Ce type de waterblock est doté de micro-ailettes usinées avec précision qui augmentent la surface d'échange thermique. Son rôle est similaire à celui d'un GPU : maintenir une température optimale au sein du système.

Son rôle est de transférer la chaleur du dissipateur thermique intégré du processeur au liquide de refroidissement.

Couverture complète ou couverture partielle

Le tableau suivant présente brièvement les différences entre les waterblocks à couverture intégrale et les waterblocks ne couvrant que le noyau.

Matériaux couramment utilisés dans les blocs de refroidissement liquide

Les matériaux utilisés dans les waterblocks sont sélectionnés en fonction de leurs propriétés. La propriété essentielle requise est une bonne conductivité thermique. Examinons ici quelques matériaux et leurs propriétés pour les waterblocks. Mots-clés : matériaux pour waterblocks, waterblock en cuivre.

1. Bloc d'eau en cuivre

Comme vous le savez, la principale propriété requise pour un waterblock est le transfert de chaleur. À cet égard, le cuivre est un choix idéal grâce à son excellente conductivité thermique. Parmi les autres atouts du cuivre figurent sa facilité d'usinage, sa bonne résistance à la corrosion, etc.

Bloc d'eau en aluminium

Il est moins courant que le cuivre, mais excelle lorsqu'une réduction de poids associée à une excellente résistance à la corrosion est requise. Il est utilisé dans les systèmes de refroidissement économiques.

3. Bloc d'eau en acrylique transparent

L'acrylique est généralement utilisé pour le couvercle supérieur d'un waterblock en raison de sa transparence et de son attrait esthétique. Sa rigidité et sa facilité d'usinage sont d'autres atouts.

4. Bloc d'eau POM

Le polyoxyméthylène est un plastique technique rigide, résistant et imperméable. Il présente un aspect opaque et résiste chimiquement aux liquides de refroidissement.

Blocs d'eau de conception pour la fabrication (DFM)

L'approche DFM (Design for Manufacturing) consiste parfois à optimiser la conception afin de rendre la fabrication plus efficace et sans défaut. Par exemple, une arête vive, source de concentration de contraintes dans un produit soumis à des charges, est arrondie en DFM pour atténuer ce problème. Nous allons étudier dans cette section comment l'approche DFM s'applique aux waterblocks.

Définir la cible thermique et le flux

Cible thermique

La conception peut être optimisée en fonction du taux d'évacuation de chaleur requis du composant CPU ou GPU vers le liquide de refroidissement.

Débit

L'optimisation peut reposer sur le mouvement du liquide de refroidissement à travers les microcanaux ou les ailettes à l'intérieur du bloc de refroidissement liquide. Elle prend en compte son débit, sa direction et la perte de charge.

Taille des micro-ailettes et des canaux

Dans les waterblocks modernes haute performance, les plages typiques pour l'épaisseur des ailettes et l'espacement des canaux sont les suivantes :

• Épaisseur des ailettes : 0.2 – 0.4 mm
• Espacement des canaux : 0.2 – 0.5 mm

L'optimisation de la conception peut être réalisée en fonction de la surface requise pour le transfert de chaleur tout en maintenant la résistance à l'écoulement du fluide de refroidissement.

Conception des ports et des filetages

• Vous pouvez utiliser les filetages BSPP standard G1/4" pour la compatibilité de montage.
• Il convient de maintenir la profondeur du filetage entre 4 et 6 mm et de prévoir une surface d'étanchéité plane suffisante pour les joints toriques.

Méthodes de fabrication des blocs d'eau

Cette section de l'article fournit des informations concernant la fabrication des waterblocks et leurs avantages.

Usinage de précision CNC

En matière de fabrication de blocs d'eau, un usinage très précis, au niveau du micron, est nécessaire pour obtenir des performances fiables.

Pour un bloc d'eau, en usinage de précision CNC, différentes opérations CNC sont réalisées, telles que le fraisage, le taraudage et le surfaçage, etc., afin de fabriquer un bloc d'eau avec une précision micrométrique en termes de dimensions et de finition de surface.

Pourquoi choisir l'usinage CNC ?

L'usinage CNC est indispensable car nous exigeons des performances exceptionnelles de la part du waterblock, notamment une excellente efficacité thermique et de débit, ainsi qu'une grande fiabilité. Ces exigences sont directement liées à la qualité d'usinage des pièces. Un waterblock présentant un excellent état de surface et des tolérances dimensionnelles serrées assure un transfert thermique optimal de l'élément chauffant vers le fluide de refroidissement. C'est pourquoi nous privilégions l'usinage CNC de précision. Le fraisage CNC est la solution idéale pour la fabrication précise des micro-ailettes/microcanaux en cuivre.

Estampillage

Il s'agit d'une autre méthode de fabrication pour l'usinage des blocs d'eau. Cette méthode consiste simplement à presser une feuille plate dans la matrice, puis à la poinçonner avec une force importante.

Les dessins de la matrice, y compris les canaux, les ailettes, les profils d'écoulement, etc., sont réalisés sur la feuille plate.

Ce procédé présente plusieurs avantages : rapidité, rentabilité et une adéquation optimale à la production de pièces identiques de grande taille.

La soudure au laser

Ce procédé consiste à souder deux parties, supérieure et inférieure, à l'aide d'un faisceau laser focalisé. Pour ce faire, il est nécessaire de préparer au préalable ces parties par usinage CNC et estampage.

Ce procédé garantit une forte adhérence, une étanchéité parfaite, une déformation minimale et des soudures esthétiques.

Lequel choisir ?

Les performances d'un waterblock en matière de transfert de chaleur de la source de chauffage au fluide de refroidissement étant primordiales, l'usinage CNC de précision est la solution idéale. Ce procédé garantit des tolérances serrées sur les dimensions des micro-ailettes ou des canaux et sur les états de surface.

Blocs d'eau usinés avec précision CNC

Voici les opérations et les étapes impliquées dans l'usinage d'un bloc d'eau.

Face à la plaque froide vierge

Il s'agit de la toute première étape de la fabrication d'un bloc d'eau. Ce procédé consiste à usiner une simple feuille ou extrusion de cuivre ou d'aluminium afin d'obtenir une surface plane et lisse. Cette étape est la base des autres opérations d'usinage CNC.

Usinage de micro-ailettes/microcanaux

Une fois la surface plane préparée, on utilise le fraisage pour réaliser des micro-ailettes ou des microcanaux par lesquels circule le fluide de refroidissement. Généralement, la largeur des microcanaux se situe entre 0.2 et 0.8 mm. Un usinage aussi précis et minutieux est nécessaire lors du fraisage CNC, ce qui explique pourquoi cette étape est la plus longue du processus.

Filetage et taraudage

Après l'usinage CNC, l'étape du perçage intervient. Ce perçage permet de réaliser les orifices d'entrée et de sortie du liquide de refroidissement.

Avant les opérations de taraudage et de filetage, l'usinage de la gorge du joint torique et la finition de la face d'étanchéité sont effectués.

Dans le taraudage, le filetage est réalisé à l'intérieur de ces trous, tandis que le filetage traversant consiste à créer des filets sur la surface extérieure.

Usinage du dessus et de la base

La zone où les orifices d'entrée/sortie, les trous de fixation et le chemin d'écoulement du liquide de refroidissement sur les ailettes sont réalisés par usinage CNC est appelée la partie supérieure d'un bloc d'eau.

À la base, des micro-ailettes ou des microcanaux usinés par commande numérique assurent le transfert de chaleur. Des joints toriques et une surface d'étanchéité plane garantissent une étanchéité parfaite lors de l'assemblage.

Usinage de blocs d'eau en cuivre, laiton ou aluminium

Les matériaux les plus couramment utilisés dans la fabrication des waterblocks comprennent LaitonAluminium et cuivre. Cette section fournit des informations complètes sur ces matériaux et vous guide dans le choix du matériau le plus adapté à une application spécifique.

Nous aborderons ici principalement les propriétés des matériaux influençant les performances du bloc d'eau dans le système de refroidissement, ainsi que leurs propriétés lors de l'usinage.

Qui est le plus performant en water-polo ?

La performance dépend principalement du matériau qui conduit le mieux la chaleur. Les autres propriétés peuvent inclure la résistance à la corrosion et à l'usure, le poids et l'usinabilité. Si la température est le critère principal, Copper Il surpasse le laiton et l'aluminium grâce à sa très haute conductivité thermique.

L'aluminium est le meilleur choix si vous avez besoin d'un système de refroidissement léger, tandis que le laiton se situe entre l'aluminium et le cuivre en termes de performances dans un bloc de refroidissement liquide.

Usinabilité

L'usinabilité désigne l'énergie ou la puissance nécessaire pour usiner un matériau ou en fabriquer un produit. Un matériau facile à usiner possède une usinabilité élevée. Par exemple, l'aluminium est facile à usiner et présente donc une usinabilité élevée.

Lequel est le plus facile à usiner ?

Al C'est un matériau tendre, très facile à usiner, contrairement au cuivre et au laiton. Il favorise une bonne formation des copeaux et offre une résistance minimale aux forces de coupe.

Comment choisir comment fabriquer vos blocs d'eau ?

Il faut d'abord déterminer le niveau de production de chaleur de votre système. S'il est très élevé, optez pour le cuivre ; s'il est modéré, choisissez le laiton. Si vous souhaitez réduire le poids du système de refroidissement, l'aluminium est un matériau idéal grâce à sa bonne conductivité thermique.

Vous avez encore du mal à choisir le meilleur matériau pour vos waterblocks ? Pas de souci, venez chez TUOFA. Grâce à notre département R&D hautement qualifié, nos machines de pointe et notre personnel expérimenté, nous vous aiderons à trouver le matériau idéal.

Traitement de finition de surface des waterblocks

La surface d'une pièce usinée présente rarement une surface parfaitement lisse, comportant toujours des rayures. Ces rayures peuvent engendrer des ruptures par fatigue. Afin d'éviter ces ruptures et d'obtenir un état de surface lisse, esthétique et résistant à la corrosion et à l'usure, des traitements de surface spécifiques sont appliqués après l'usinage.

Nickel chimique sur cuivre

Il s'agit d'un procédé simple consistant à immerger les waterblocks dans une solution chimique de nickel et de phosphore. Une couche protectrice de nickel est ensuite appliquée sur la surface en cuivre. Ce revêtement de nickel améliore la résistance à la corrosion et à l'usure, tout en conservant un aspect esthétique aux waterblocks en cuivre.

Anodisation pour l'aluminium

Le traitement de surface par anodisation rend l'aluminium plus durable en augmentant l'épaisseur de la couche d'oxyde existante. Aluminium anodisé Cela se fait en faisant passer le courant électrique à partir des deux, puis en plongeant les blocs d'eau en aluminium dans le courant. Vous pouvez également choisir cuivre anodisé ou d'autres métaux anodisés selon les besoins spécifiques.

Marquage cosmétique

Voici la dernière étape pour un waterblock. Le marquage cosmétique consiste à ajouter des logos, des étiquettes ou du texte décoratif. Pour ce faire, utilisez la méthode de fraisage de texte, car elle garantit des découpes précises lors de l'ajout de texte sur la surface du waterblock.

Fabrication pour votre projet de refroidissement PC sur mesure

Si vous avez besoin de solutions pour un projet de refroidissement PC sur mesure, vous pouvez vous adresser à TUOFA pour les raisons suivantes.

Prise en charge DFM pour blocs d'eau

Nous vous aiderons en vous suggérant des modifications dans la conception des blocs d'eau afin de faciliter l'usinage et d'améliorer l'efficacité et les performances.

Pourquoi choisir l'usinage CNC TUOFA ?

Pourquoi choisir les services d'usinage CNC de TUOFA pour l'usinage de vos waterblocks ? Il existe de nombreuses raisons, notamment :

• Precision Machining

Nous sommes équipés de toutes les machines CNC de pointe, notamment pour le fraisage, le tournage, le dressage ou le taraudage, etc. Nous pouvons usiner avec précision la matière première pour obtenir un produit fini, en respectant des tolérances strictes sur toutes les dimensions, à des prix compétitifs et avec des délais de livraison courts.

• Usinage de précision

Grâce à des procédés d'usinage avancés et automatisés, aucun défaut de dimension ni de finition de surface n'est possible. Nos opérateurs de machines CNC expérimentés et experts veillent à ce que votre produit réponde à toutes les exigences.

• Divers matériaux

Grâce à nos machines CNC de pointe, nous sommes capables d'usiner divers matériaux avec une précision et une exactitude constantes.

Conclusion

Les waterblocks sont des composants essentiels des supercalculateurs, car ils permettent de maintenir une température stable au sein du système. On distingue deux types de waterblocks : ceux dédiés au GPU et ceux dédiés au CPU. L’efficacité d’un waterblock est directement liée à sa fabrication. Un waterblock peut être fabriqué par usinage CNC, estampage ou soudage laser. L’usinage CNC est privilégié pour une précision optimale. Afin d’améliorer encore les performances des waterblocks, un traitement de surface est appliqué. Ce traitement, comme l’anodisation, accroît la résistance à la corrosion et à l’usure, tout en leur conférant un aspect esthétique.

FAQ sur les blocs de refroidissement liquide

Pourquoi les waterblocks sont-ils si chers ?

Son coût élevé s'explique par de nombreuses raisons, telles que :

1. Exigences de fabrication de précision
2. Coûts de matériaux élevés
3. Fabrication complexe en plusieurs étapes
4. Tests de contrôle qualité et d'étanchéité
5. Éléments esthétiques et de marque

Qu'est-ce qu'un waterblock nickelé ?

Un waterblock nickelé est recouvert d'une très fine couche de nickel par électrolyse. Le nickelage offre une meilleure résistance à la corrosion, une durabilité accrue et un aspect esthétique plus agréable.