Stampa 3D per data center: raffreddamento più efficiente e componenti rapidamente disponibili

Data center hyperscale: sfide per il raffreddamento e l’efficienza

I data center costituiscono la base della società digitale. In particolare, i data center hyperscale con diverse migliaia di server stanno crescendo rapidamente, trainati dai servizi cloud, dall’intelligenza artificiale (IA) e dal calcolo ad alte prestazioni (HPC). Con l’aumento della potenza di calcolo crescono tuttavia anche i requisiti di efficienza energetica, dissipazione del calore e tecnologie di raffreddamento avanzate.

Già oggi, in molti data center, circa il 33-40% del consumo energetico è attribuibile al raffreddamento dell’infrastruttura IT. Allo stesso tempo, la densità di potenza dei processori moderni e degli acceleratori di IA continua ad aumentare. Di conseguenza, nuovi concetti quali il raffreddamento a liquido, il Direct Liquid Cooling (DLC) e il raffreddamento a immersione stanno acquisendo sempre maggiore importanza.

Alla luce di questa evoluzione, il raffreddamento ad aria tradizionale e i componenti prodotti con metodi convenzionali raggiungono sempre più spesso i propri limiti. La produzione additiva apre nuove possibilità per dissipatori ad alte prestazioni, canali di raffreddamento ottimizzati, scambiatori di calore e altri componenti destinati alla gestione termica dei data center moderni.

La produzione additiva come soluzione per i data center

I data center moderni devono conciliare requisiti prestazionali crescenti con un’elevata efficienza energetica, un’infrastruttura affidabile e cicli di innovazione brevi. La produzione additiva offre nuove opportunità in questo ambito. Grazie all’elevata libertà progettuale della stampa 3D, è possibile sviluppare e produrre componenti difficili o impossibili da realizzare con processi convenzionali.

Soprattutto nel raffreddamento dei data center, questa tecnologia consente di realizzare dissipatori, scambiatori di calore e canali di raffreddamento ottimizzati per una dissipazione termica più efficiente. I gestori beneficiano inoltre di ricambi rapidamente disponibili, componenti infrastrutturali personalizzati e processi di sviluppo e produzione più rapidi.

La produzione additiva offre nuove possibilità anche per ottimizzare sistemi di gestione dei flussi d’aria, supporti, componenti di alloggiamento o deflettori, adattando i sistemi esistenti a requisiti specifici. La produzione on demand consente inoltre di ridurre le scorte e di realizzare componenti in modo economicamente conveniente anche in piccole quantità.

Raffreddamento più efficiente grazie alla produzione additiva

Il raffreddamento è una delle principali sfide dei data center moderni. Con l’aumento della densità di potenza di processori, acceleratori di IA e server aumenta anche il carico termico, che deve essere dissipato in modo sicuro ed efficiente dal punto di vista energetico. La produzione additiva offre nuove opportunità perché consente geometrie difficili o impossibili da realizzare con i processi produttivi tradizionali. Dissipatori, scambiatori di calore e canali di raffreddamento possono quindi essere adattati in modo mirato ai requisiti dei moderni sistemi di raffreddamento.

Dissipatori prodotti mediante additive manufacturing

I dissipatori svolgono un ruolo centrale nella dissipazione del calore in server, sistemi di archiviazione e reti. La produzione additiva permette di realizzare geometrie difficili o impossibili da produrre con metodi convenzionali, come strutture reticolari sottili, complessi design ad alette o superfici di raffreddamento ottimizzate organicamente. La maggiore superficie può migliorare lo scambio termico e contribuire a un raffreddamento più efficiente. In combinazione con materiali ad alta conducibilità termica, come il rame, la stampa 3D apre nuove possibilità per dissipatori ad alte prestazioni nei data center moderni.

Scambiatori di calore con flussi ottimizzati

Gli scambiatori di calore sono componenti chiave dei moderni sistemi di raffreddamento. La produzione additiva consente di realizzare canali di flusso e strutture interne progettati specificamente per una trasmissione uniforme del calore e una ridotta perdita di carico. È così possibile ottenere scambiatori compatti e performanti che, a parità di prestazioni, richiedono meno spazio o riducono il peso dei componenti. Gli scambiatori prodotti mediante additive manufacturing offrono un potenziale particolarmente interessante per le applicazioni ad alta densità di potenza.

Piastre fredde per il raffreddamento a liquido

I processori moderni, le GPU e gli acceleratori di IA generano carichi termici sempre maggiori in spazi sempre più ridotti. Il raffreddamento ad aria convenzionale raggiunge sempre più spesso i propri limiti fisici, motivo per cui il raffreddamento a liquido direttamente sul componente acquista importanza. Le piastre fredde, note come cold plate, trasferiscono il calore dall’elettronica al fluido refrigerante nel modo più efficiente possibile. La produzione additiva apre nuove possibilità per questi componenti, poiché consente di integrare canali di raffreddamento complessi direttamente nella piastra. Il fluido può così essere condotto in modo mirato verso le aree con il maggiore sviluppo di calore, offrendo ulteriori gradi di libertà nella progettazione di soluzioni di raffreddamento personalizzate per server, acceleratori di IA e altre applicazioni ad alte prestazioni.

La stampa 3D consente inoltre di realizzare strutture interne difficilmente ottenibili mediante fresatura o foratura, tra cui reti di canali ramificate, strutture reticolari o geometrie di raffreddamento ottimizzate topologicamente. Questi design mirano a trasferire il calore dal componente al fluido refrigerante nel modo più efficiente possibile, riducendo al contempo la resistenza al flusso all’interno della piastra fredda.

Nelle moderne applicazioni di IA e High Performance Computing non conta soltanto la capacità di raffreddamento. Altrettanto importante è la perdita di carico all’interno del sistema. Se il fluido refrigerante deve essere pompato attraverso la struttura di raffreddamento ad alta pressione, aumenta il fabbisogno energetico delle pompe. Le cold plate prodotte mediante additive manufacturing consentono quindi di ottimizzare contemporaneamente il trasferimento di calore e la gestione del flusso. Le ricerche mostrano che design opportunamente ottimizzati possono migliorare le prestazioni di raffreddamento e ridurre significativamente la perdita di carico.

Gestione dei flussi d’aria e gestione termica

Oltre al raffreddamento diretto, anche la gestione dei flussi d’aria influisce in modo significativo sull’efficienza energetica di un data center. Con la produzione additiva, condotti dell’aria, deflettori o componenti personalizzati per la gestione dei rack possono essere adattati a requisiti specifici. I flussi d’aria possono essere indirizzati in modo mirato e i concetti di raffreddamento ottimizzati. Allo stesso tempo, più funzioni possono essere combinate in un unico componente, riducendo le operazioni di montaggio e la complessità. Soprattutto nei data center ad alta densità di potenza, il controllo efficiente dei flussi d’aria e di raffreddamento acquista sempre maggiore importanza. L’elevata libertà progettuale della stampa 3D consente soluzioni personalizzate per infrastrutture esistenti e nuovi impianti, supportando in modo mirato la capacità di raffreddamento e ottimizzando la gestione termica dell’intero sistema.

Distribuzione energetica ad alta densità

Oltre al raffreddamento, anche l’alimentazione elettrica pone nuove sfide ai data center moderni. In particolare, le applicazioni di IA, i sistemi di calcolo ad alte prestazioni e i cluster GPU potenti richiedono una distribuzione affidabile della corrente a fronte di densità di potenza crescenti. La produzione additiva apre nuove possibilità per lo sviluppo di sbarre collettrici, distributori di corrente ed elementi di collegamento elettrico personalizzati in rame.

Grazie all’elevata libertà progettuale della stampa 3D, i componenti possono essere adattati in modo mirato allo spazio disponibile e a requisiti specifici. Geometrie complesse, funzioni integrate e una progettazione ottimizzata consentono soluzioni personalizzate per le moderne infrastrutture di alimentazione dei data center. La produzione additiva offre ulteriore flessibilità soprattutto per prototipi, piccole serie o progetti infrastrutturali speciali.

PROTIQ è stata la prima azienda al mondo a lavorare con successo il rame puro mediante stampa 3D industriale. Ciò consente di produrre componenti ad alta conduttività per applicazioni in cui sono fondamentali la conducibilità elettrica, le geometrie personalizzate e tempi di sviluppo brevi.

Componenti infrastrutturali e funzionali personalizzati

I data center moderni sono costituiti da numerosi componenti diversi che devono essere perfettamente coordinati. Oltre ai sistemi di raffreddamento, svolgono un ruolo importante anche supporti, elementi di alloggiamento, soluzioni per la gestione dei cavi e componenti per la guida dell’aria. La produzione additiva consente di adattare questi componenti ai requisiti specifici dell’impianto e di produrli in modo economicamente conveniente anche in piccole quantità.

Grazie all’elevata libertà progettuale della stampa 3D, le funzioni possono essere integrate direttamente nel componente. È possibile, ad esempio, realizzare supporti con passacavi integrati, deflettori per ottimizzare i flussi d’aria o gruppi pronti per il montaggio. In questo modo si possono ridurre il numero di componenti, le operazioni di montaggio e le scorte.

La produzione additiva offre ulteriore flessibilità soprattutto in caso di ammodernamenti, ampliamenti o applicazioni speciali. I componenti possono essere sviluppati specificamente per sistemi rack, alloggiamenti di server o infrastrutture tecniche esistenti senza richiedere utensili costosi. Ciò consente di implementare rapidamente soluzioni personalizzate e aiuta i gestori ad adattare in modo efficiente i data center a nuovi requisiti.

Ricambi, magazzino digitale e produzione decentralizzata

La disponibilità dei componenti è decisiva per il funzionamento affidabile dei data center. Allo stesso tempo, molti sistemi vengono utilizzati per lunghi periodi e, dopo alcuni anni, singoli ricambi, supporti, componenti di alloggiamento o parti funzionali speciali spesso non sono più disponibili sul mercato. La produzione additiva consente di riprodurre tali componenti on demand, senza dipendere da elevati quantitativi minimi.

Soprattutto per piccoli lotti o componenti fuori produzione, la stampa 3D può contribuire a ridurre i tempi di fermo e a prolungare la vita utile dei sistemi esistenti. I componenti archiviati come dati digitali possono essere prodotti rapidamente quando necessario, senza realizzare utensili o stampi costosi. In questo modo è possibile ridurre le scorte di ricambi e garantire al contempo tempi di risposta brevi.

Un ulteriore vantaggio è rappresentato dal magazzino digitale. Invece di conservare ricambi fisici per molti anni, vengono archiviati soltanto i relativi dati CAD. I componenti necessari possono essere riprodotti su richiesta. Questo concetto di “Digital Warehouse” riduce i costi di stoccaggio e facilita la disponibilità a lungo termine dei componenti infrastrutturali critici.

Piattaforme come il PROTIQ Marketplace offrono già soluzioni pratiche a questo scopo. Tramite l’account cliente, le aziende possono archiviare i propri progetti e modelli 3D e creare così un magazzino digitale personalizzato. I componenti necessari possono essere riordinati con pochi clic. Si crea così una strategia digitale efficiente per i ricambi, che riduce i rischi di fermo e semplifica i processi di manutenzione.

I gestori di data center raramente dispongono internamente di competenze specifiche nella produzione additiva. È quindi ancora più importante affidarsi a un partner affidabile con molti anni di esperienza, una profonda conoscenza della tecnologia e solide competenze di settore. PROTIQ supporta i clienti durante l’intero ciclo di vita, dall’ottimizzazione del design e dalla scelta del materiale fino alla produzione e al riordino dei componenti.

I data center richiedono soluzioni innovative

Con la crescita dei data center hyperscale, delle applicazioni di IA e dei sistemi di calcolo ad alte prestazioni aumentano costantemente i requisiti di raffreddamento, efficienza energetica e infrastruttura. La produzione additiva offre nuove possibilità per adattare in modo mirato i componenti alle esigenze dei data center moderni. Soprattutto nel raffreddamento dei data center, dissipatori, scambiatori di calore, piastre fredde e canali di raffreddamento ottimizzati stampati in 3D consentono soluzioni difficilmente realizzabili con processi produttivi convenzionali.

La stampa 3D offre inoltre potenziale per la gestione dei flussi d’aria, la gestione termica, la distribuzione dell’energia e soluzioni personalizzate per infrastrutture e ricambi. L’elevata libertà progettuale consente di sviluppare componenti ottimizzati dal punto di vista funzionale, integrare più funzioni in un unico componente e adattare i prodotti a requisiti specifici. Allo stesso tempo, è possibile ridurre i tempi di sviluppo e le scorte, producendo i componenti in modo decentralizzato quando necessario.

La produzione additiva non sostituisce tutti i processi produttivi tradizionali, ma rappresenta una valida integrazione ovunque siano richieste geometrie complesse, elevate densità di potenza, tempi di consegna brevi o soluzioni personalizzate. Offre vantaggi decisivi soprattutto per il raffreddamento dei data center, l’implementazione di concetti innovativi di alimentazione energetica e la disponibilità a lungo termine di componenti critici.

Grazie alla propria esperienza come centro di competenza per la stampa 3D all’interno del Gruppo Phoenix Contact, PROTIQ aiuta le aziende a sfruttare in modo mirato questo potenziale. Dall’idea iniziale allo sviluppo del componente e alla produzione in serie, nascono così soluzioni per i data center di domani: efficienti, flessibili e adattate ai requisiti specifici.

Domande frequenti sulla stampa 3D per data center

In che modo la stampa 3D può migliorare il raffreddamento dei data center?

La stampa 3D consente di realizzare dissipatori, scambiatori di calore e piastre fredde con geometrie complesse e canali di raffreddamento integrati. I componenti possono così essere adattati in modo mirato allo spazio disponibile, alla fonte di calore e al fluido refrigerante. Soprattutto nel raffreddamento a liquido e nelle applicazioni ad alte prestazioni, la produzione additiva offre ulteriori gradi di libertà progettuale.

Che cosa sono le cold plate?

Le cold plate sono piastre di raffreddamento che assorbono il calore direttamente da processori, GPU o altri componenti elettronici e lo trasferiscono a un fluido refrigerante. Con la produzione additiva, i canali di raffreddamento e i percorsi del flusso possono essere adattati individualmente ai requisiti dei data center moderni.

Perché il rame viene utilizzato frequentemente per il raffreddamento dei data center?

Il rame presenta un’elevatissima conducibilità termica ed è quindi particolarmente adatto per dissipatori, scambiatori di calore e piastre fredde. La stampa 3D consente inoltre di realizzare strutture di raffreddamento complesse e canali interni difficilmente ottenibili con processi produttivi tradizionali.

La produzione additiva è adatta al raffreddamento a liquido e al Direct Liquid Cooling?

Sì. La produzione additiva viene utilizzata sempre più spesso per componenti destinati al raffreddamento a liquido, in particolare cold plate, scambiatori di calore, collettori e componenti con canali di raffreddamento integrati. La tecnologia offre un’elevata libertà progettuale e, al contempo, una struttura compatta.

Che cosa si intende per magazzino digitale?

Nel magazzino digitale, i componenti vengono archiviati sotto forma di dati CAD e prodotti quando necessario. In questo modo è possibile ridurre le scorte e mantenere disponibili i ricambi anche per lunghi periodi.

Quali componenti per data center possono essere stampati in 3D?

Le applicazioni tipiche comprendono dissipatori, scambiatori di calore, piastre fredde, elementi per la gestione dei flussi d’aria, sbarre collettrici, supporti, componenti di alloggiamento e ricambi. La tecnologia è particolarmente interessante per componenti personalizzati, geometrie complesse e piccole quantità.

È possibile produrre sbarre collettrici e distributori di corrente mediante additive manufacturing?

Sì. La produzione additiva consente di realizzare sbarre collettrici ed elementi di collegamento elettrico personalizzati in rame. Ciò può offrire vantaggi soprattutto in presenza di geometrie complesse, spazio limitato o progetti infrastrutturali speciali.

In che modo PROTIQ supporta i progetti per data center?

PROTIQ supporta i clienti dallo sviluppo del componente alla scelta del materiale, fino alla produzione. Le aree principali comprendono componenti di raffreddamento, scambiatori di calore, componenti in rame, sbarre collettrici e componenti infrastrutturali personalizzati per data center moderni.