Quería un estuche muy silencioso de Frambuesa Pi 4B para jugar con él como escritorio, pero sabía que necesitaba refrigeración activa.
Pedí unos disipadores de 28mm x 28mm x 20m y diseñé esto alrededor de ellos.
Consideraciones de diseño:
Utilice un disipador térmico grande para que el flujo de aire sea mínimo. Proporciono una herramienta de alineación fácil de imprimir para asegurar que el disipador térmico esté correctamente posicionado para que la cubierta encaje.
Conduce el flujo de aire a través del disipador de calor, no dejes el flujo de aire adecuado al azar.
Conducir el aire en un lado y en el opuesto para maximizar la probabilidad de sacar el aire fresco.
Los sopladores de jaula de ardilla pueden ser mucho más silenciosos que los ventiladores y manejan los diferenciales de presión (de las restricciones) mucho mejor, así que usé un soplador 4010.
La principal fuente de ruido de un soplador es la isión, así que quería que la isión estuviera completamente dentro de la caja, lo que significaba que se iba a utilizar como extractor.
La segunda fuente de ruido más fuerte de uno de estos sopladores es la parte trasera, donde está montado el motor. Encerrar completamente el ventilador dentro de la caja ayuda a bloquear parte de ese ruido.
Conducir un ventilador o soplador por debajo de lo normal es una forma común de reducir el ruido. Estoy usando un disipador de calor con una gran superficie, por lo que no necesita una enorme cantidad de flujo de aire. Sin embargo, quería hacer funcionar un soplador de 12V más rápido de lo que 5V lo conducirían, así que elegí un convertidor de impulso MT3608 (ID de producto Amazon: B07RNBJK5F) para elevar el voltaje del soplador. Este convertidor de impulso no tiene agujeros de montaje, así que lo hice encajar en su lugar.
El control externo de la velocidad del soplador sería muy útil para no tener que desmontar la caja para hacer un ajuste. He previsto un pequeño agujero en la parte superior para que puedas acceder al potenciómetro con un pequeño destornillador, ajustando el voltaje de salida.
Una sola fuente de energía impulsa tanto el Pi como el soplador. El convertidor de refuerzo se conecta a las líneas de alimentación de la Pi para la tensión de alimentación.
En muchos casos los conectores se retraen demasiado para algunos cables. Hice todos los conectores a ras con el exterior de esta caja, con distancias muy cercanas y un bisel para acomodar los bordes acampanados de los conectores. Es importante mantener estas aberturas muy pequeñas para forzar el flujo de aire a través del disipador térmico.
El aire que es aspirado de la caja por el soplador es reemplazado por aire que es canalizado a través del disipador térmico para optimizar la convección.
El convertidor de potencia es enfriado activamente por un pequeño agujero de derivación, directamente en línea con el chip que se calienta. El aire que entra en esa cavidad fluye entonces alrededor del serpentín y hacia el resto de la caja para ser aspirado por el soplador.
Para poder utilizar la cámara, he previsto una fina ranura en el extremo de la cubierta. Aparece en un ángulo, por lo que debe imprimirse sin problemas. Lo hice lo suficientemente delgado como para que la cantidad de flujo de aire que lo atraviese sea insignificante, y a la vez lo suficientemente grande como para que sea fácil de deslizar el cable de la cámara a través de él.
La tarjeta microSD es fácilmente accesible desde el exterior, con espacio suficiente para que se deslice fácilmente, pero no bajo el enchufe de la Pi. La eliminación es fácil ya que proporcioné un alivio para que una uña del pulgar o de la mano agarre la repisa que tienen las tarjetas microSD. Esta pequeña abertura también minimiza el flujo de aire, aunque una pequeña cantidad de flujo de aire a través del fondo puede ser deseable.
Los LEDs proporcionan una valiosa retroalimentación, especialmente cuando se apagan. Proporcioné agujeros fileteados muy pequeños que permiten que los LEDs sean fácilmente visibles.
Quería tornillos empotrados para que las cabezas no puedan rayar nada. Lo diseñé para tornillos de cabeza hueca de cabeza plana (avellanados) ("tornillos allen"), M3 para la caja, M2 para el soplador. Los agujeros de los tornillos tienen un tamaño tal que los tornillos cortan las roscas a medida que los introduces en el plástico. Los orificios de los tornillos M3 tienen un diámetro de 2,8 mm y los M2 tienen un diámetro de 1,8 mm. Esto funciona muy fácilmente con el PETG, pero requiere un poco más de fuerza con el PLA (todavía funciona bien, sólo hay que empujar un poco más fuerte). Los tornillos M2 son muy cortos, 3mm, IIRC. Los orificios de los tornillos M3 son bastante profundos, por lo que pueden adaptarse a una amplia gama de longitudes.
Quería que se autoalineara, así que añadí una superposición donde las dos partes de la caja se unen, una encajando dentro de la otra, casi encajando en su lugar (pero por favor, use tornillos).
Usé estos disipadores de 28 mm x 28 mm x 20 mm:
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Puedes usar otros disipadores del mismo ancho, la altura no es tan importante. La parte importante es que llena el conducto. Si el disipador térmico es demasiado estrecho, puede fluir demasiado aire alrededor del exterior del mismo, reduciendo su eficacia.
Utilicé el relleno adhesivo térmico de 3M (una especie de cinta de doble cara, sin la cinta) para fijar el disipador térmico:
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También utilicé una calza de cobre como dispersor de calor entre el disipador térmico y el microcontrolador:
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No estoy seguro de si la calza está proporcionando un beneficio o no. El adhesivo es extremadamente pegajoso, tienes una sola oportunidad de aplicarlo correctamente, por lo que no he probado múltiples configuraciones.
Si no quieres usar un convertidor de potencia y no te importa el aumento de volumen de un ventilador totalmente accionado, hacen sopladores de 5V 4010:
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En mis pruebas (comparando con el Pi 4 de un compañero de trabajo), este caso mantiene al Pi 4 más frío que el caso de Flirc, mientras que sigue funcionando casi en silencio. Me alegro de haber terminado esto antes de que se introdujera el Flirc, si no, no lo habría diseñado. La ventaja del Flirc sobre éste es que no tiene partes móviles. Este tiene el ventilador. Sin embargo, esto no bloquea las señales wifi, y mi compañero de trabajo ha descubierto que el Flirc atenúa definitivamente la señal wifi.
Actualización (2020/01/11): Se pueden encontrar sopladores 5V 4010 si no desea utilizar el convertidor de buck y no le importa hacer funcionar el soplador a toda velocidad (será más ruidoso que cuando no se le da la suficiente potencia). Recomendaría mi enfoque si quiere que sea lo más silencioso posible.
