Blokkitesti
Tällä kertaa Muropaketissa testataan erään lukijamme eli Ville Jalkasen tekemiä vesijäähdytysblokkeja. Ville lähetti testipenkkiimme kolme miltei identtistä blokkia, jotka eroavat toisistaan vain valmistusmateriaalin osalta. Blokit on valmistettu alumiinista, kuparista ja hopeasta. Tässä artikkelissa Ville kertoo blokkien valmistusvaiheista ja lopuksi testaamme ylikellotetulla Intel Pentium 4 Extreme Edition 3,2 GHz -prosessorilla, kuinka prosessorin lämmöt vaihtelevat eri materiaalien välillä ja miten itse tehdyt blokit pärjäävät kaupalliselle Swiftechin MCW5000 -blokille.
Jokaisella materiaalilla on omat hyvät ja huonot puolensa. Alumiini on halpaa ja kevyttä, mutta sen lämmönjohtokyky on heikompi kuin kuparilla. Hopea on taas puolestaan painavampaa ja sillä on hyvä lämmönsiirtokyky, mutta se on kallista. Kuparin lämmönjohtavuus on miltei hopean tasoa, ja tästä syystä se onkin suosittu materiaali jäähdytysblokkien keskuudessa.
Blokkien tarina
Blokin virtauskanavat ja rakenne ovat miltei samanlaiset Overclockers.com -sivustolla aikoinaan esitellyn blokin kanssa. Alun perin tarkoituksena oli tehdä blokista hieman erilainen, mutta lopulta päädyin tähän kanavaratkaisuun, koska kannen kiinnitysmekanismi ja o-renkaan sijoittelu oli kaikista helpoin tehdä. Blokkien valmistukseen tarvittavat työt olen saanut käytännössä ilmaiseksi, jos verrataan siihen mitä ne maksaisivat ilman suhteita.
Aivan ensimmäiseksi tein 3D-mallin blokin rungosta. Tämäkin lisää kustannuksia, jos ei itse osaa tehdä 3D-kuvaa seuraavilla ohjelmilla: Pro Engineer, AutoCad 2000 tai 2002, SolidWorks, Rhinoceros, Alias Wawefront, DeskArtes tai 3D Studio Max. Seuraavaksi kuva vietiin Kuopion Muotoiluakatemiaan, missä pikamallintaminen ja valaminen tapahtuivat. Tietoa koneesta, jolla blokki pikamallinnettiin löytyy alla olevasta linkistä:
Kuopion Muotoiluakatemia, Pikamallinnus
Muistelisin, että jo pelkkä koneen käynnistys on 130 euroa ja tuntiveloitus 170 euroa. Muovin hinta oli noin 0,40 euroa/gramma ja muovia meni 12,7 grammaa yhteen kappaleeseen. Sen jälkeen, kun malli on valmis, siitä tehtiin kipsimuotti. Kun muotti oli puolestaan valmis, suoritettiin valu ja sitten jäljellä oli enää viimeistely. Tähän tulee tietysti lisäksi hopean hinta eli noin 50 euroa. Hopean laatu oli 925 ‰. Lisäksi päälle voi laskea useita kymmeniä työtunteja. Yllä olevat hinnat ovat siis ”oikeita” hintoja, ja onneksi olen itse saanut valmistettua hopeisen blokin materiaalikustannuksilla, koska veljeni avopuoliso opiskelee aiemmin mainitussa oppilaitoksessa.
Alumiinin sain ostettua sopuhintaan tuttavani metallia myyvästä liikkeestä (72 euroa / metri) ja kuparikin sattui löytymään hukkapala tutun töistä. Jyrsin kappaleet Kuopiossa Pohjois-Savon Ammattiopistossa olevalla CNC-jyrsimellä.
Kun hopeinen blokki saatiin valettua, luulin että kaikki olisi valmista. Viimeistelyssä tuli kuitenkin esiin pieniä ilmakuplia, mutta luulin että kyseessä oli pelkkä ulkonäöllinen vika. Kasasin blokit valmiiksi ja rupesin testaamaan niitä paineilmalla tiiviyden tarkastamiseksi. Alumiininen ja kuparinen blokki kestivät kahdeksan baarin paineen ilman ongelmia. Lopuksi hopeinen blokki asetettiin vesiastiaan ja paine puhallettiin sisään. Astia kiehui kuin perunoita keittäisi, joten paine pois ja epäilin, että letkun liitos vuotaisi. Kiristin liitoksia ja kokeilin uudelleen. Valitettavasti taas ilmeni sama homma. Rupesin tarkastelemaan pohjaa ja huomasin, että ilma tulee pohjan pienistä montuista! En voinut millään uskoa, että pohja olisi ollut niin huokoinen, sillä olihan se sentään kaksi millimetriä paksu. Yritimme vielä juottaa reikiä umpeen ja hopeoida blokin, jotta reiät menisivät tukkoon, mutta sekään ei auttanut.
Takaiskun jälkeen meinasin luovuttaa projektin, mutta päätimme kuitenkin vielä yrittää. Arvelimme, että pikamallinnuskappaleesta olisi jäänyt nokea muotin sisään sen polttovaiheessa ja valettaessa noki olisi saattanut sekoittua sulaan hopeaan, jättäen sen huokoiseksi. Yleensä valettavat kappaleet valmistetaan vahasta, joka sulaa muotin sisältä pois, mutta koska pikamallinnettu kappale oli polyamidia eli nailonia, se paloi.
Nyt sitten piti valettava kappale tehdä vaikeamman kautta. Annoin malliksi koneistetun alumiinisen blokin, josta ensin otettiin luonnonkumiin negatiivikopio. Luonnonkumin sisälle pursotettiin sulaa vahaa, jolloin saatiin vahakopio blokista, joka sitten lopulta valettiin. Eli meillä oli nyt vahakopio blokista, joka laitettiin löysään kipsiin ja kipsin kuivuttua se laitettiin uuniin, jossa se oli noin 17 tuntia. ”Paiston” aikana muotti oli ylösalaisin, jolloin vahablokki valui ja haihtui kipsin sisältä. Uunissaolon jälkeen vahan jättämään tilaan kaadettiin sula hopea muotin ollessa tyhjiöpumpussa. Hopeankaadon aikana muotin lämpötila oli yhä noin 650 Celsius-astetta. Valoimme samalla kaksi eri versiota, joista toinen oli kokonainen ja toisessa ei ollut pohjaa.
Ensin kokeilin pohjallista blokkia, mutta vahavalusta huolimatta siinäkin oli muutama reikä pohjassa sekä kyljessä, joten hylkäsimme sen suoraan. Tämän jälkeen pohjattomaan blokkiin juotettiin kahden millimetrin vahvuisesta hopealevystä pohja. Juottamisessa käytettiin kovaa hopeajuotetta ja näin pystyimme olemaan varmoja siitä, ettei pohjassa ole reikiä. Blokki kiillotettiin, pistettiin kasaan ja sitten kokeilemaan. 0,5 baarin paineella löytyi yksi reikä blokin kiinnityslaipasta, josta ilmaa tuli ulos todella hitaasti. Pettymys oli suunnaton, mutta päätin vielä koittaa vedellä. Pyöritin vettä blokissa kaksi vuorokautta ja vettä ei tullut ulos tipan tippaa, joten totesin sen tiiviiksi.
Ainoa ero verrattaessa hopeista blokkia kupariseen ja alumiiniseen blokkiin on se, että hopeinen blokki on hieman pienempi. Tämä johtuu siitä, kun luonnonkumimuottiin pursotettiin sulaa ja kuumaa vahaa, vaha supistui hieman kuivuessaan ja jäähtyessään. Sama koskee myös hopeaan valamista eli sula hopea kutistuu hieman jäähtyessään. Parhaan tuloksen saisi tietysti, jos hopeablokin valmistaisi samalla tekniikalla kuin alumiinisen ja kuparisen, mutta materiaalihukasta johtuvat kustannukset olisivat melkoiset!
Testitulokset
Blokkien oma kiinnitys on suunniteltu Socket A -kannalle, mutta testeissä ajeltiin Intel Pentium 4 Extreme Edition 3,2 GHz -prosessoria 3709 MHz:n kellotaajuudella 1,7 voltin käyttöjännitteellä. Vertailukohtana käytettiin noin 60 euroa maksavaa Swiftechin MCW5000-blokkia.
Prosessorin päälle levitettiin tasainen kerros Artic Silver 3 -hopeatahnaa ja blokki kiristettiin omatekoisella kovamuovin palasella ja ruuveilla pakoilleen. Vesijäähdytysjärjestelmän muut komponentit olivat Black Ice Extreme -jäähdytin 120 millimetrin tuulettimella, joka toimi 7 voltin jännitteellä. XCC-vesisäiliön sisällä oli Eheimin compact-pumppu.
- Intel Pentium 4 XE 3,2 GHz @ 3709 MHz
- Abit IC7-MAX3 (Intel 875P)
- 2 x Kingston HyperX PC3500 256 MB
- Leadtek GeForce FX 5950 Ultra
- Seagate Barracuda 80 GB SATA
- Fortron 350 W
Prosessoria rasitettiin puolen tunnin ajan täydellä kuormalla ja lämpötilat otettiin ylös Abit EQ -seurantaohjelmasta.
5 minuuttia: Alumiini- ja hopeablokilla prosessorin lämmöt olivat nousseet 53 Celsius-asteeseen. Kupariblokilla prosessorin lämmöt olivat 1,5 astetta alhaisemmat ja Swiftechin kaupallisella MCW5000-blokilla 1,5 astetta kupariakin alhaisemmat.
10 minuttia: Seuraavien viiden minuutin aikana alumiini- ja kupariblokilla prosessorin lämmöt nousivat 0,5 astetta. Hopeablokilla lämmöt pysyivät edelleen 53 Celsius-asteessa, mutta MCW5000-blokilla lämmöt nousivat eniten eli 1,5 astetta.
15 minuuttia: Alumiiniblokilla prosessori saavutti 54,5 Celsius-asteen lämpötilan ja hopeablokilla lämpötila nousi 0,5 astetta. Kupari- ja MCW5000-blokeilla lämpötilat eivät muuttuneet.
20 minuuttia: Kaikilla blokeilla tilanne sama, paitsi MCW5000-blokilla prosessorin lämpötila oli noussut tasoihin Villen kupariblokin kanssa eli 52 Celsius-asteeseen.
30 minuuttia: Tilanne muuttumaton 20 minuutin lämpötiloihin.
Huippulämpötila: Alumiiniblokilla prosessorinlämpötila käväisi jossain vaiheessa 55 asteessa. Muilla blokeilla prosessorin huippulämpötila oli sama mikä 30 minuutin kohdalla.
Idle-lämpötila: Rasituksen jälkeen järjestelmän annettiin palautua noin viisi minuuttia ja kaikilla blokeilla prosessorin idle-lämpötilaksi mitattiin 45 Celsius-astetta.
Kontakti oli ainakin kunnossa, sillä blokkien irrotuksen yhteydessä prosessori tarttui matkaan mukaan.
Loppusanat
Vaikka paperilla hopealla on hieman parempi lämmönjohtokyky kuin kuparilla (429 vs 400 W/m * K), hävisi se käytännön testeissä kuitenkin 1,5 Celsius-asteella. Syitä tähän ovat luultavasti epäpuhtaudet, pienempi koko ja erilainen valmistusmenetelmä toisiin blokkeihin verrattuna. Yllätykseksi Villen valmistama kupariblokki sai pidettyä lämmöt tasoissa kaupallisen Swiftechin MCW5000-blokin kanssa.
Testien yhteenvetona alumiinin ja kuparin ero oli noin 2,5 Celsius-astetta prosessorin lämpötilassa. Hyvällä suunnittelulla ja panostuksella voidaan ”kotitekoisesti” valmistaa lähes yhtä hyvä tai jopa parempi jäähdytysblokki, kuin kaupalliset versiot. Hintaan ei tässä tapauksessa kannata kuitenkaan laskea oman työn määrää ja lisäksi kustannukset saattavat kasvaa turhankin suuriksi.
Tee-se-itse-miehille työn iloa!
Ville Jalkanen & Sampsa Kurri 26. huhtikuuta 2004
