Ανάπτυξη δομών ψύξης επεξεργαστή ηλεκτρονικού υπολογιστή με ενισχυμένη θερμική αγωγιμότητα μέσω τριδιάστατης εκτύπωσης

Φλούδας, Λάμπρος; Floudas, Lampros

dc.contributor.author	Φλούδας, Λάμπρος	el
dc.contributor.author	Floudas, Lampros	en
dc.date.accessioned	2020-09-01T10:09:57Z
dc.date.available	2020-09-01T10:09:57Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51044
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18742
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ψύξη επεξεργαστή	el
dc.subject	Ψύξη υπολογιστή	el
dc.subject	Ίνες άνθρακα	el
dc.subject	Σύνθετα υλικά	el
dc.subject	Τριδιάστατη εκτύπωση	el
dc.subject	CPU Cooling	en
dc.subject	Computer cooling	en
dc.subject	Carbon fiber	en
dc.subject	Composite materials	en
dc.subject	3D printing	en
dc.title	Ανάπτυξη δομών ψύξης επεξεργαστή ηλεκτρονικού υπολογιστή με ενισχυμένη θερμική αγωγιμότητα μέσω τριδιάστατης εκτύπωσης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική υλικών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-21
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκε η ψύξη επεξεργαστή υπολογιστή με τη χρήση τριδιάστατα εκτυπωμένης ψύκτρας με νήμα από CarbonFil το οποίο αποτελείται από πολυμερές PETG (Polyethylene terephthalate glycol-modified) ενισχυμένο κατά 20% w/w με ίνες άνθρακα, σε σύγκριση με συμβατική ψύκτρα αλλά και ψύκτρα από PLA με χρήση θερμοκάμερας ως μέθοδο χαρακτηρισμού. Παράλληλα, προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες παράμετροι εκτύπωσης ψύκτρας CarbonFil με στόχο μηδενικές αστοχίες στο εκτυπωμένο υλικό. Η επιλογή του CarbonFil έγινε με ζητούμενο τη μείωση του κόστους παραγωγής της ψύκτρας, τη μείωση βάρους της με στόχο τη λιγότερη καταπόνηση του επεξεργαστή, ενώ παράλληλα δόθηκε η δυνατότητα της μελέτης χρήσης πλαστικών ενισχυμένων με Carbon σε εφαρμογές ψύξης. Το υλικό εκτυπώθηκε χρησιμοποιώντας τριδιάστατο εκτυπωτή ZMorph 2.0s με τη μέθοδο Fused Deposition Modeling (FDM) με επάλληλες στρώσεις υλικού (CarbonFil) μέσω χρήσης μοντέλου ψύκτρας σε αρχείο CAD. Προτού πραγματοποιηθούν οι εκτυπώσεις, έγινε επεξεργασία των παραμέτρων εκτύπωσης για τις ψύκτρες σε πρόγραμμα υπολογιστή το οποίο ονομάζεται Simplify3D. Σε αυτό, επεξεργάστηκαν παράμετροι όπως η ταχύτητα της εκτύπωσης, η θερμοκρασία εξώθησης του υλικού, ο αριθμός των βάσεων του υλικού (raft) καθώς επίσης και την πλήρωση (infill) των ψυκτρών -δηλαδή, την πυκνότητα σε υλικό στις στρώσεις της ψύκτρας-, διαφορετικό για κάθε μία. Στη συνέχεια οι ψύκτρες εκτυπώθηκαν με το χρόνο εκτύπωσης να ποικίλει ανάλογα του infill που επιλέχθηκε για κάθε ψύκτρα με εύρος τιμών 55 λεπτά έως 80 λεπτά. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν έξι εκτυπώσεις για την εύρεση των κατάλληλων παραμέτρων οι οποίες με εξαίρεση το infill χρησιμοποιήθηκαν ίδιες σε όλες τις εκτυπώσεις του υλικού CarbonFil. Με τη χρήση θερμοκάμερας, μετρήθηκε η θερμοκρασία σε διαφορετικά σημεία της κάθε ψύκτρας οι οποίες είχαν τοποθετηθεί σε εν λειτουργία επεξεργαστή υπολογιστή, με σκοπό τη μελέτη της ψύξης του επεξεργαστή με τις εκτυπωμένες ψύκτρες. Κάθε ψύκτρα μετρήθηκε σε οκτώ σημεία, καθένα σε διαφορετικό ύψος σε σύγκριση με τον επεξεργαστή, ούτως ώστε να παρατηρηθεί η μεταφορά της θερμότητας από τον επεξεργαστή μέσω της ψύκτρας. Σε σύγκριση των ψυκτρών CarbonFil με απλό PLA, παρατηρήθηκε ότι οι ίνες άνθρακα προσέδωσαν στην ψύκτρα θερμοαγώγιμες ιδιότητες κάτι που υποδηλώνει ότι η προσθήκη ινών άνθρακα σε νήμα εκτύπωσης βελτιώνει την θερμική αγωγιμότητα του πολυμερικού νήματος, επιτυγχάνοντας καλύτερη ψύξη του επεξεργαστή. Συγκεκριμένα, το υλικό με 100% infill CarbonFil εμφάνισε τα καλύτερα χαρακτηριστικά.	el
heal.abstract	In this thesis, computer processor cooling was studied using a 3D printed heat sink from “CarbonFil” a rod consisting of 20% w/w carbon fiber enhanced PETG (Polyethylene terephthalate glycol-modified) polymer compared to conventional and PLA heat sink using a thermal camera as a characterization method. At the same time, the optimum CarbonFil heat sink printing parameters were determined with the aim of zero print failures. CarbonFil was chosen with the aim of reducing the cost of the heat sink production, reducing its weight in order to make the processor receive less stress, while studying the use of carbon-reinforced plastics in cooling applications. The material was printed using a Fused Deposition Modeling (FDM) printer with Carbon Filled PLA and using a ready-made heat sink model in a CAD file. Before the printouts were made, the print parameters for the heat sinks were processed in a computer program called Simplify3D. Parameters such as print speed, material extrusion temperature, the number of material rafts, as well as the infill - which is, the density of material in the heat sink layers - were processed, differently for each one. The heatsinks were then printed with the print time varying depending on the infill selected for each brush with a range of 55 to 80 minutes, depending on the infill. Specifically, six prints were made in order to find the appropriate parameters which, excluding infill, were used in all printouts of CarbonFil. Using a thermal camera, the temperature was measured at different points of each heat sink which had been mounted on a fully operational computer processor to study the processor cooling with the printed heat sinks. Each heat sink was measured at eight points, each at a different height compared to the processor in order to observe heat transfer from the processor to the top of the heat sink. Comparing CarbonFil heat sinks with plain PLA, it was observed that carbon fibers improved heat-conductive properties of the heat sink which suggests that the addition of carbon fibers to the printing rod improves the thermal conductivity of the polymeric filament, thereby achieving better cooling process. In particular, the material with 100% infill CarbonFil showed the best features.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παππά, Αθηνά	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	84 σ.
heal.fullTextAvailability	false