3D-Scanning zur Qualitätskontrolle bei der Herstellung flüssigkeitsgekühlter Server

Da KI und Hochleistungsrechnen (HPC) die Leistungsdichte von Servern weiter erhöhen, wird die Flüssigkeitskühlung zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Rechenzentrumsinfrastrukturen. Im Vergleich zu herkömmlichen luftgekühlten Systemen weisen flüssigkeitsgekühlte Server komplexere Strukturen auf, darunter Gehäuse, Strömungskanäle aus Blech, Rohrleitungen, Verteiler und zahlreiche Anschlussschnittstellen. Diese erhöhte Komplexität stellt auch höhere Anforderungen an die Maßgenauigkeit und die Qualitätskontrolle in der Fertigung.

Die Qualität eines Flüssigkeitskühlsystems wird in der Regel anhand zweier Aspekte bewertet: der funktionalen Leistung und der geometrischen Genauigkeit. Der Nutzen der 3D-Scantechnologie zeigt sich am deutlichsten bei der Überprüfung der geometrischen Genauigkeit.

Funktionsprüfung vs. geometrische Prüfung: Wo kommt das 3D-Scannen zum Einsatz?

Funktionsprüfungen geben Aufschluss darüber, ob ein Flüssigkeitskühlsystem funktioniert. Zu den typischen Methoden zählen Druckprüfungen, Dichtheitsprüfungen, Durchflussprüfungen und Prüfungen der thermischen Leistung. Diese Methoden sind für die Überprüfung der funktionalen Integrität unerlässlich, liefern jedoch kein vollständiges Bild von Maßabweichungen, Verformungen, Ausrichtung oder Spiel.

Bei der geometrischen Prüfung wird untersucht, ob das System gemäß den Konstruktionsanforderungen gefertigt wurde. Dazu gehören Maße, GD&T, Ebenheit, Geradheit, Verformung, relative Position und Montageschnittstellen. Die 3D-Maßprüfung liefert flächendeckende Oberflächendaten zur Analyse dieser Merkmale bei komplexen Bauteilen und großen Baugruppen.

Das 3D-Scannen ist eine leistungsstarke Lösung für die geometrische Prüfung. Hochpräzise 3D-Scanner können genaue und flächendeckende geometrische Daten erfassen, die anschließend in professioneller Prüfsoftware für Maßmessungen, CAD-Vergleiche, Verformungsanalysen und Baugruppenprüfungen verwendet werden können. Das 3D-Scannen ersetzt jedoch keine Druck- oder Dichtheitsprüfungen. Stattdessen ergänzt es die Funktionsprüfung, indem es Herstellern hilft, geometrische Abweichungen zu identifizieren, die sich auf die Passgenauigkeit der Baugruppe, die mechanische Beanspruchung, Dichtungsflächen und die langfristige Zuverlässigkeit auswirken können.

Anwendungsfall 1: Maßprüfung eines flüssigkeitsgekühlten Serverschranks

Der Serverschrank bildet die strukturelle Grundlage für ein flüssigkeitsgekühltes System, weshalb Maßgenauigkeit für den Einbau der Komponenten und die Gesamtqualität der Montage von entscheidender Bedeutung ist. Mithilfe von 3D-Scans können Hersteller die gesamte Geometrie des Schranks erfassen und sowohl die Gesamtabmessungen als auch kritische Montagemerkmale in einem einzigen Prüfvorgang überprüfen.

Gesamtabmessungen des Serverschranks

Bei Servergehäusen können mittels 3D-Scanning Gesamtlänge, -breite, -höhe und Diagonalabweichungen überprüft werden, um die Maßgenauigkeit und die Rechtwinkligkeit der Montage zu bewerten. Vollflächige 3D-Daten ermöglichen es zudem, allgemeine Verformungen, Verwindungen und lokale Maßabweichungen zu identifizieren, die durch Messungen an einzelnen Punkten möglicherweise schwer zu erkennen sind. Ein CAD-Vergleich kann diese Abweichungen über den gesamten Schrank hinweg visualisieren und einen klaren Überblick darüber liefern, inwiefern die gefertigte Struktur vom Soll-Entwurf abweicht.

Flüssigkeitsgekühlter Serverschrank (Quelle: Internet)

Kritische Schnittstellen bei der Montage

Über die Gesamtstruktur des Gehäuses hinaus erfordern kritische Schnittstellen wie Führungsschienen, Befestigungsflächen für Einschübe, Flansche und Dichtungsnuten eine genaue Maßkontrolle. Ihre Position, Ebenheit und ihr Profil können die Montage, die Bewegung und die Dichtungsleistung der Komponenten beeinflussen. Durch 3D-Scannen lassen sich diese Merkmale innerhalb desselben Koordinatensystems prüfen, wodurch sowohl einzelne Maßergebnisse als auch ihre räumlichen Beziehungen innerhalb der Gehäusebaugruppe ermittelt werden können.

Drahtloses 3D-Scannen und digitale Prüfung

Für große und komplexe Serverschränke bietet die FreeScan Trak Nova-Serie eine drahtlose 3D-Scanlösung mit dynamischer Verfolgung und Abtastung, die in den meisten Anwendungsfällen ohne Marker auskommt. Dies ermöglicht es dem Bediener, sich frei um große Strukturen herum zu bewegen und dabei sowohl die Gesamtgeometrie als auch detaillierte Merkmale effizient zu erfassen.
Die gescannten Daten können in SHINING3D Inspect zur 3D-Maßprüfung weiterverarbeitet werden, einschließlich CAD-Vergleich, GD&T-Analyse und Merkmalsmessung. Über die üblichen Maßergebnisse hinaus ermöglicht die Querschnittsanalyse den Anwendern, an beliebigen Stellen Querschnittsprofile zu extrahieren, um innere Strukturen und Baugruppenbeziehungen zu analysieren. Mithilfe der Trendanalyse lassen sich Prüfdaten über mehrere Chargen hinweg verfolgen, wodurch Qualitätstrends erkannt und Prozessabweichungen im Zeitverlauf aufgedeckt werden können.

Sehen Sie es in Aktion: eine praktische Demonstration des drahtlosen, markierfreien 3D-Scannens und der Maßprüfung für die Fertigung flüssigkeitsgekühlter Serverschränke.

Anwendung 2: Prüfung von Strömungskanälen aus Blech

Strömungskanäle aus Blech dienen als Führungs- und Befestigungsstruktur für Flüssigkeitskühlrohre und Verteiler in Servergehäusen. Ihre Maßgenauigkeit wirkt sich auf den Rohrabstand, die Positionierung der Komponenten und die Stabilität der Baugruppe aus, während Abweichungen bei der Formgebung die endgültige Geometrie des Kanals und seine Befestigungsmerkmale verändern können.

Wichtige 3D-Messaufgaben für Strömungskanäle aus Blech

Durch 3D-Scannen lässt sich die vollständige Geometrie eines Strömungskanals aus Blech erfassen und verschiedene Prüfaufgaben innerhalb desselben Datensatzes unterstützen. Bei der Prüfung der Lochpositionen werden Lage und Abstand der Befestigungslöcher überprüft, während bei der Prüfung der Prägungen die zur Positionierung oder als strukturelle Stütze dienenden Prägungen kontrolliert werden. Bei der Messung der Kanalabmessungen werden Breite, Tiefe und der für den Einbau von Rohren erforderliche Freiraum ermittelt.

Bei geformten Blechkonstruktionen können die Messung des Biegewinkels und die Rückfederungsanalyse dabei helfen, zu beurteilen, ob die gefertigte Geometrie mit den vorgesehenen Umformparametern übereinstimmt. Auf Baugruppenebene können durch eine Gesamtverformungsanalyse Verwindungen, Verdrehungen oder andere Maßabweichungen über den gesamten Strömungskanal hinweg identifiziert werden. Dieser Vollfeldansatz liefert ein umfassenderes Bild der Blechqualität als die Prüfung einzelner Punkte oder Merkmale.

Prüfung direkt am Scanner mit FreeScan Omni

FreeScan Omni, der weltweit erste eigenständige, prüffähige 3D-Messscanner, vereint 3D-Scannen und -Prüfung in einem einzigen Arbeitsablauf. Dank der „Scan-to-Inspect“-Funktion direkt am Scanner können Bediener 3D-Daten erfassen und Maßprüfungen direkt am Scanner durchführen, was ihn für Qualitätskontrollen in der Fertigung praxistauglich macht.

Mit einer zertifizierten messtechnischen Genauigkeit von 0,02 mm gemäß VDI/VDE 2634 und ISO 10360 ermöglicht der FreeScan Omni die präzise Prüfung kritischer Blechmerkmale. Durch die Zusammenführung von Scan und Prüfung in einem eigenständigen System ermöglicht es eine schnellere Überprüfung von Blechströmungskanälen, ohne dass jedes Bauteil zu einer separaten Prüfstation transportiert werden muss.

Anwendung 3: Prüfung von Rohrleitungen, Verteilern und Montage-Schnittstellen

Flüssigkeitskühlleitungen und Verteiler zeichnen sich in der Regel durch kompakte Abmessungen, komplexe Geometrien und zahlreiche kritische Schnittstellen aus. Da diese Komponenten direkt an der Verteilung und dem Anschluss des Kühlmittels beteiligt sind, können Maßabweichungen die Montagegenauigkeit und die Dichtungsleistung beeinträchtigen. Gleichzeitig erschweren ihre geringe Größe und ihre filigranen Merkmale eine umfassende Prüfung.

Prüfherausforderungen und zentrale Messaufgaben

Enge Maßtoleranzen sind für Schnittstellen von Rohrleitungen und Verteilerblöcken entscheidend, da bereits geringe Abweichungen den Sitz, die Ausrichtung und die Dichtungsleistung der Komponenten beeinträchtigen können. Kompakte, komplexe Bauteile können gekrümmte Oberflächen, kleine Bohrungen, Anschlussstellen und andere feine Merkmale aufweisen, die eine umfassende, hochpräzise 3D-Messung erfordern. Darüber hinaus machen hohe Durchsatzanforderungen eine schnelle und zuverlässige Prüfung wichtig, um eine effiziente Produktion aufrechtzuerhalten.

Mithilfe von 3D-Scans lassen sich Gesamtabmessungen, Verformungen und Ausrichtung von Rohrleitungen, Lochpositionen, Befestigungsschnittstellen, Dichtflächen und andere kritische geometrische Merkmale prüfen. Bei montierten Bauteilen kann die 3D-Messung zudem die relative Position und den Abstand zwischen Rohrleitungen, Verteilerblöcken, Verbindungsstücken und umgebenden Strukturen überprüfen.

Hochpräzise 3D-Prüfung mit der OptimScan-Serie

Für kleine und präzisionskritische Flüssigkeitskühlkomponenten eignen sich die OptimScan Q-Serie und die OptimScan Q HD-Serie hervorragend für die detaillierte 3D-Prüfung. Ihre hochpräzisen optischen 3D-Messfunktionen ermöglichen die genaue Erfassung kleiner Merkmale und komplexer Geometrien und unterstützen so die Maßprüfung von Rohrleitungen, Verteilern und kritischen Montageflächen.