Productieproces van geëxtrudeerde vloeibare koelplaten

Geëxtrudeerde vloeistofkoelplaten zijn geïntegreerde componenten voor thermisch beheer, vervaardigd via extrusieprocessen van aluminiumlegeringen. Deze vloeistofkoelplaten maken gebruik van vloeibare koelmedia, zoals water, water-glycolmengsels of gefluoreerde vloeistoffen, om een efficiënte warmteoverdracht te realiseren.

Het kernkenmerk van deze vloeistofkoelingstechnologie met koelplaat is de vorming van gesloten of meervoudige interne stroomkanalen binnen één enkel geëxtrudeerd aluminium profiel. Deze structuur biedt een lage stromingsweerstand, een hoge drukbestendigheid, een compact ontwerp en beheersbare kosten, waardoor de technologie veelvuldig wordt gebruikt in elektronica met een hoge vermogensdichtheid, accupakketten, vloeistofkoeling voor servers en vermogenselektronica.

Het is cruciaal om te begrijpen hoe vloeistofkoelplaten werken: warmte wordt van de warmtebron naar het koelplaatlichaam geleid, overgedragen aan de interne vloeistofkanalen en vervolgens afgevoerd door geforceerde convectie. In vergelijking met buisvormige koelplaten of gesoldeerde vloeistofkoelplaten bieden geëxtrudeerde ontwerpen een hogere structurele integriteit en een lager risico op lekkage.

kerntechnische kenmerken

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during extrusie eliminate weld seams and reduce leakage risk compared to brazed or tubed structures.

• high thermal conductivity materials
  typically manufactured from 6061 or 6063 aluminum alloys with thermal conductivity ≥ 180 w/m·k. while copper cold plates offer higher conductivity, aluminum provides a superior balance of weight, cost, and corrosion resistance.

• customizable ontwerp van stroomkanalens
  supports parallel channels, serpentine channels, and multi-cavity configurations, enabling flexible liquid cold plate design.

• high pressure capability
  typical operating pressure: 0.5–1.5 mpa
  barstdruk: ≥ 3,0 MPa

• lightweight structure
  20–40% lighter than cnc-machined or plate liquid cooling solutions.

• excellent oppervlak treatment compatibility
  suitable for anodizing, electroless nickel plating, and functional coatings.

typische toepassingsscenario's

• Waterkoelingsplaatsystemen voor accupakketten van elektrische voertuigen

• Server CPU/GPU koelplaten voor elektronica

• krachtige laserkoelsystemen

• IGBT- en vermogensmodule-koeling met koelplaat

• thermisch beheer van energieopslagsystemen

productieproces van geëxtrudeerde vloeibare koelplaten

1. Voorbereidingsfase van de grondstoffen

Selectie van aluminiumstaven → analyse van de chemische samenstelling (spectrometer) → testen van mechanische eigenschappen (hardheid, treksterkte) → voorbewerking (snijden, afvlakbewerking) → materiaalopslag

• legeringskwaliteiten: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• Diameter van de staaf: φ100–φ300 mm

• Nauwkeurigheid van de voorbewerking:

• Lengtetolerantie: ±1 mm

• Loodrechtheid van het eindvlak: ≤ 0,1 mm

2. Ontwerp- en fabricagefase van de matrijs

Ontwerp van het stroomkanaal (CFD-thermische simulatieoptimalisatie) → Ontwerp van de extrusiematrijs (poorten, laskamer, lagervlak) → Selectie van matrijsstaal (H13 warmbewerkingsgereedschapsstaal) → CNC-voorbewerking → Warmtebehandeling (afschrikken + drievoudig temperen) → Precisiebewerking (EDM, draadsnijden) → Polijsten (lagervlak ra ≤ 0,4 μm) → Validatie van de proefextrusie

Deze fase bepaalt direct de interne geometrie en prestaties van geëxtrudeerde vloeistofkoelplaten, waardoor ze zich onderscheiden van gesoldeerde vloeistofkoelplaatconstructies die afhankelijk zijn van een verbinding na de assemblage.

3. Extrusievormingsfase

Voorverwarmen van aluminiumblokken (480–520 °C) → Voorverwarmen van de matrijs (450–480 °C) → Instellen van extrusieparameters → Profielextrusie (snelheid 1–5 m/min) → Online afkoelen (lucht- of nevelkoeling) → Trekken en richten → Snijden op vaste lengte → Verouderingsbehandeling (t5/t6-conditie)

Het extrusieproces maakt consistente interne stromingskanalen mogelijk die zorgen voor stabiele vloeistofkoeling van de plaat.

4. CNC-precisiebewerkingsfase

Bewerking van het referentievlak (vaststellen van het coördinatensysteem) → Bewerking van het eindvlak (opening van het stroomkanaal) → Bewerking van de interface (inlaat-/uitlaatpoorten, montagegaten) → Bewerking van het afdichtingsvlak (vlakheid ≤ 0,05 mm) → Ontbramen → Reinigingscontrole

bewerkingsvereisten

• eindvlakafdichtingsgroeven:

• Breedtetolerantie ±0,02 mm

• dieptetolerantie ±0,01 mm

• schroefgaten:

• nauwkeurigheid 7 uur

• loodrechtheid ≤ 0,05 mm

• Vlakheid van het montageoppervlak: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• reinheid:

• deeltjes ≤ 100 stuks/m²

• olieresidu ≤ 10 mg/m²

5. Bewerking van de eindkap en voorbereiding op het lassen

Materiaalselectie eindkap (zelfde of compatibele legering) → CNC-afwerking → Afwerking afdichtingsoppervlak (RA ≤ 1,6 μm) → Bewerking lasgroef → Reiniging (ultrasoon reinigen) → Positionering montage (speciale mallen)

ontwerpparameters voor eindkappen

• Dikte: 3–10 mm (afhankelijk van de drukvereisten)

• afdichtingsmethodeen:

• afdichting van de o-ringgroef

• vlakafdichting

• volledige lasafdichting

• Lasmogelijkheden:

• wrijvingsroerlassen (FSW)

• laserlassen

• TIG-lassen

6. Las- en afdichtingsfase

Selectie van het lasproces → montage van de mal → instelling van de lasparameters → geautomatiseerde lasuitvoering → warmtebehandeling na het lassen (spanningsvermindering) → inspectie van het lasuiterlijk

vergelijking van lasproces

• wrijvingsroerlassen (FSW):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

• laserlassen:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

• TIG-lassen:
  cost-effective, flexible, suitable for small-batch custom liquid cold plate production

7. Druk- en afdichtingstesten

• heliumlektest

• hydrostatische druktesten (1,5 × werkdruk)

• barstdruktest (≥ 3× werkdruk)

• Drukcyclustest (100.000 cycli)

testnormen

• lekdebiet: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (helium)

• Drukbehoud: 1,5 MPa × 5 min, drukval ≤ 0,01 MPa

• barstdruk: ≥ 3,0 MPa

• Drukcycli: 0,2–1,0 MPa, 100.000 cycli zonder lekkage

8. Oppervlaktebehandelingsfase (optioneel)

voorbehandeling (ontvetten, beitsen) → anodiseren (natuurlijk / zwart) → afdichting → functionele coatings → bakken en uitharden

oppervlaktebehandelingsopties

• anodiseren:

• dikte 10–15 μm

• diëlektrische sterkte ≥ 500 V

• chemisch vernikkelen:

• dikte 10–20 μm

• verbeterde corrosiebestendigheid

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. Reinigings- en droogproces

Spoelen met gedemineraliseerd water onder hoge druk → ultrasoon reinigen (neutraal reinigingsmiddel) → drietraps tegenstroomspoeling → drogen met hete lucht (80–100 °C) → vacuümdrogen (voor toepassingen met hoge betrouwbaarheidseisen) → vullen met stikstof ter voorkoming van oxidatie

hygiënenormen

• deeltjesgrootte: ≤ 50 μm

• niet-vluchtig residu: ≤ 10 mg/m²

• chloride-ionengehalte: ≤ 1 ppm

• geleidbaarheid: ≤ 5 μs/cm

10. montage van accessoires

Afdichting aanbrengen (silicone / FKM / EPDM) → Montage van snelkoppelingen → Installatie van temperatuursensor (optioneel) → Installatie van druksensor (optioneel) → Etikettering (productinformatie en stroomrichting)

vereisten voor accessoires

• Afdichtingsmaterialen: EPDM, FKM, siliconen (-40°C tot 150°C)

• Connectorstandaarden: DIN, SAE, JIS, BSPP

• sensornauwkeurigheid:

• temperatuur ±0,5°C

• druk ±1% fs

11. Prestatieproeven van het eindproduct

Testen van de thermische weerstand (standaard warmtebronmethodee) → Testen van de stromingsweerstand (stroom versus drukvalcurve) → Testen van de stroomuniformiteit (ontwerpen met meerdere kanalen) → Duurzaamheidstesten (thermische en drukcycli) → Eindcontrole op heliumlek (100% inspectie)

prestatie-indicatoren

• Thermische weerstand: 0,01–0,05 °C/W (afhankelijk van ontwerp en debiet)

• Stromingsweerstand: ≤ 50 kPa bij 10 l/min (typisch)

• Afwijking in stroomuniformiteit: ≤ 10%

• Bedrijfstemperatuurbereik: -40°C tot 120°C

12. Eindinspectie en verpakking

Visuele inspectie → Maatbepaling (CMM) → Documentatievoorbereiding → Corrosiebestendige verpakking (VCI) → Schokbestendige verpakking → Etikettering van de buitenverpakking

verpakkingsspecificaties

• Bescherming per stuk: PE-zak + VCI-papier

• Verpakkingsrichting: verticale plaatsing

• Etiketinhoud: product-ID, productiedatum, stroomrichting, breekbaarheidsmarkering

• Opslagomstandigheden: −10°C tot 40°C, ≤ 70% relatieve luchtvochtigheid

13. Documentatie en traceerbaarheid

Conformiteitscertificaat → materiaalcertificaten → prestatietestrapporten → procesverslagen → traceerbaarheidslabels (QR-code/barcode) → installatie- en bedieningshandleiding

kritische kwaliteitscontrolepunten (ctq)

procescapaciteit en productiecapaciteit

• Extrusiebreedte: 30–300 mm

• hoogte: 10–100 mm

• lengte: 500–6000 mm

• minimale wanddikte:

• Kanaalwanddikte: 1,0 mm

• Buitenwand: 1,5 mm

• oppervlakteruwheid:

• geëxtrudeerd oppervlak: ra ≤ 3,2 μm

• bewerkt oppervlak: ra ≤ 1,6 μm

ontwerprichtlijnen en beste praktijken

ontwerp van stroomkanalen

• hydraulische diameter: 4–8 mm

• beeldverhouding: ≤ 10:1

• buigradius: ≥ 1,5 × kanaalbreedte

• trechtervormig inlaat-/uitlaatontwerp

• Optionele interne vinnen voor verbeterde warmteoverdracht.

constructief ontwerp

• uniforme wanddikte

• verstevigingsribben op kritieke locaties

• stressvrije montage-indeling

• thermische uitzettingstoeslag

materiaalselectiestrategie

• Algemene toepassingen: 6063-t5

• hoogwaardige toepassingen: 6061-t6

• extreme omstandigheden: extra coatings

kostenoptimalisatie

• gestandaardiseerde dwarsdoorsneden

• verbeterde materiaalbenutting

• verminderde nabewerking

• schaalvoordelen bij massaproductie

Met hun uit één stuk geëxtrudeerde structuur, lage lekkagerisico, hoge betrouwbaarheid en uitstekende kostenefficiëntie spelen geëxtrudeerde vloeistofkoelplaten een onvervangbare rol in koeltoepassingen met een hoge vermogensdichtheid. Naarmate industrieën zoals elektrische voertuigen, datacenters, 5G-communicatie en hernieuwbare energie blijven groeien, zullen op maat gemaakte koelplaten en vloeistofkoelplaatoplossingen evolueren naar hogere prestaties, een lager gewicht en slimmer thermisch beheer – en zo robuuste en schaalbare oplossingen bieden voor de volgende generatie vloeistofkoelsystemen.