Projekt Ein neues Case für einen AK2 Plus Intel N100 MiniPC aus dem 3D Drucker

SpartanerTom

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Hallo Computerbase,

in den vergangenen zwei Wochen habe ich mich mit einem kleinen Projekt zum meinem günstigen China MiniPC beschäftigt. Ziel des Ganzen war es ein wenig mehr CAD Erfahrung im Zusammenspiel mit 3D Druck zu sammeln sowie die Leistung des Intel SoC in dem MiniPC zu verbessern, da dieser im Standardgehäuse doch sehr ins Schwitzen geraten ist.

Ich habe das ganze ein wenig dokumentiert (auch wenn ich nicht im Vorraus geplant habe ein Projektartikel zu schreiben), vielleicht interessiert es ja den einen oder anderen hier. In diesem Sinne: Let's get started.

Bei dem MiniPC handelt es sich um einen AK2 Plus von Firebat mit Intel N100, 512GB M.2 SATA SSD und 16GB DDR4 RAM. Das besagte Gerät wird auch unter anderen Brandings verkauft, z.B. Kamrui und NiPoGi. Das ganze Bundle hat auf AliExpress 110€ gekostet und ich habe es hauptsächlich zum Ausprobieren und als optionale HomeAssistant oder Office PC gekauft.

MiniPC_stock.jpg MiniPC_vent.jpg

Ein Problem zeigte sich direkt bei der ersten Ansicht des Gehäuses: Der einzig sinnvolle Lufteinlass ist sehr knapp bemessen auf der Unterseite, wo dann stehend auch nur ein ca 2mm breiter Spalt durch die Gummifüße vorhanden ist. Aus Interesse habe ich zuerst mal das Mainboard geborgen und geschaut was wirklich drin steckt. Bei dieser Gelegenheit habe ich auch gleich die Wärmeleitpaste ausgetauscht und durch Arctic MX-4 ersetzt, da ich über derlei günstige MiniPCs oft gelesen habe das die OEM Paste sehr minderer Qualität sei.

MiniPC_mainboard-1.jpgMiniPC_cooler-off.jpg

Der Kühlkörper ist ziemlich unterste Schublade und billigst verarbeitet, etwas Schade, da dies den N100 unnötig ausbremst aber bei dem Preisgefüge auch nicht weiter verunderlich. An dieser Stelle habe ich mich entschieden als Lernprojekt ein eigenes einfaches Case zu designen und auf meinem Prusa Mini+ zu drucken. Ich wollte dabei auf ein (im Vergleich zum stock Design) invertiertes Setup abzielen, bei welchem das Lufteinlass nach oben zeigt. Ein erster Entwurf war erstmal nur eine Art Benchtable mit Slots für das VESA bracket und einer kleinen Seitenwand zum fixieren der WIFI Antennen.

Benchtable-Design.jpgminipc_bench-design-mounted.png

Im zweiten Bild ist das ganze schon vertikal an die Rückseite meines Schreibtisches gemountet. In dieser offenen Konfiguration habe ich das System dann einige Tage betrieben bis ich Zeit für die nächsten Schritte hatte.

Und da ich mir nun schonmal die Arbeit gemacht habe, habe ich das ganze auch dem Internet zur Verfügung gestellt. Vielleicht kann ja irgendjemand im Internet mal von meiner Amateurarbeit profitieren:

https://www.printables.com/model/915482-ak2-plus-intel-n100-minipc-baseplate-benchtable-st

In einem zweiten Schritt ging es nun darum das ganze von einem Benchtable Design in ein 'richtiges' Case umzusetzen.

AK2-plus_case_1.jpgAK2-plus_case_9.jpgAK2-plus_case_8.jpg

AK2-plus_case_5.jpgAK2-plus_case_4.jpg

Im Verlauf des Projektes habe ich versucht mir bessere Gepflogenheiten im Design-Prozess anzueignen (wobei es immer noch mehr Baustellen als gute Ecken gibt). Als Beispiel ist z.B. das Lüftungsgitter im Boden noch komplett per Hand eingezeichnet gewesen, während im Deckel ein sich wiederholendes Muster in Autodesk Fusion genutzt wurde. Insgesamt war eher der Weg das Ziel als wirklich das Endprodukt.

CAD_bottom-shell.pngCAD_top-shell.png

Hier musste ich zweimal an kleineren Stellen nacharbeiten, da ich mich bei den Vermessungen verschätzt hatte. Generell arbeite ich bei solchen Designs in der Regel so, dass ich zwar zuerst versuche möglichst exakt abzumessen, aber dann auch zuerst eine Teilkomponente gezielt auf dem 3D Drucker drucke um zu sehen ob das ganze dann auch passt. Das spart Material, Zeit und Nerven. Noch besser wäre wahrscheinlich eine viel genauere Erstellung einer bemaßten Ausgangsskizze, aber dafür bin ich meist zu ungeduldig.


MiniPC-prototypes.jpg

Insgesamt konnte ich das ganze Projekt bis zu dem gezeigten Stand mit fünf Prototypen fertigstellen, welche in 8h26min Druckzeit 218g Filament und ca. 1kWh Elektrizität verbraucht haben (via Octoprint Print History). Das finale Case druckt bei mir auf dem Mini+ in 3h 4min und nutzt 83g Filament.

Das ganze ist auch in der finalen Version auf Printables zu finden und beinhaltet auch meine stümperhaften CAD files (Autodesk Fusion). So habe ich aus Faulheit zum Beispiel die IO Ports nicht vollständig im Case umschlossen, da mir das bei Montage im VESA mount bracket nicht so wichtig war.

https://www.printables.com/model/926938-alternative-case-for-ak2-plus-intel-n100-mini-pc-f

Das ganze war jetzt natürlich keine lückenlose Entstehungsgeschichte, da ich nicht von Anfang an geplant hatte ein solches Projekt-Logbuch zu verfassen. Am Ende hatte ich aber trotzdem genügend Material um in meinen Augen einen kleinen Write-Up zu rechtfertigen. Ich hoffe manche fanden es interessant.

Der MiniPC fristet nun aktuell sein dasein als Alltags-Office und der N100 läuft mit PL1&PL2 auf 15W (default waren bei dem Firebat 10W, wegen der schlechten Kühlung).

https://browser.geekbench.com/v6/cpu/6732283

1719767556293.png


MiniPC_mounted.jpg FastFetch.png

Oben wieder gezeigt in seinem VESA bracket vertikal montiert an der Rückseite meines grauen Schreibtisches.

Wenn es Fragen gibt, hinterlasst diese einfach hier als Kommentar, ich versuche dann darauf einzugehen. Wenn ich irgendwo wichtige Schritte weggelassen habe, kann ich versuchen diese noch zu ergänzen, wenn meine Aufzeichnungen das hergeben.

Grüße,

SpartanerTom
 
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Hat sich Temperatur-mäßig denn etwas getan? Oder hast du keine Vorher/Nachhermessung gemacht?
Mich interessiert auch, ob einfach nur Wärmeleitpaste erneuern auch was gebracht hat.

Mein N100 liegt meist zwischen 50-60°C und kann unter Volllast auch mal 70°C erreichen. Volllast ist aber bei mir kein typisches Szenario.

Es wäre auch noch eine Idee gewesen, auf einer Seite einen 80 bis 120 mm Gehäuselüfter zu verbauen. Wenn man den auf 400 U/m laufen lässt, hört man ihn nicht, müsste aber sämtliche Temperaturen um vielleicht 10°C senken können.

Was für ein Filament hast du verwendet? ABS? Wie groß war die verwendete Nozzle?

Argh, beinah vergessen: Gut gemacht!
 
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@Krik
Leider habe ich die Messergebnisse bei meinen Vergleichsmessungen damals nicht exakt erfasst. Deswegen kann ich ad hoc nur subjektive Werte nennen.

Die Wärmeleitpaste allein hat keine wirklich dramatischen Änderungen gebracht. Vielleicht 1 bis 2 Grad, wenn überhaupt ein messbarer Unterschied vorlag.

Direkt als ich das Board aus dem Gehäuse auf das Benchtable-Design gebracht habe ist die Temperatur bei gleicher Last (Prime95) um ca 10-12°C gesunken (bei 10W PL1/2). Das wird in der Endvariante natürlich wieder etwas höher sein, aber nur als Einschätzung. Vielmehr läuft der SoC nun aber bei normaler Nutzung ohne große Drosselung auf PL1&PL2 was im multicore doch deutlichen Leistungsschub bringt: (Geekbench 2277 vs 2790)

15W:
https://browser.geekbench.com/v6/cpu/6732283
10W:
https://browser.geekbench.com/v6/cpu/6525546

Zudem weißt die Board Firmware keine Lüftergeschwindigkeiten aus, deswegen kann ich nur subjektiv berichten, dass es nun bei gemischter Last leiser läuft.

Das größte Problem bleibt der furchtbare Aluminium-Kühlkörper, dessen Coldplate eher nach Gebirgsrelief aussieht. Eventuell muss ich mir mal Werkzeug zum planieren und polieren aus der Verwandschaft leihen. Eventuell mache ich aber auch einen Part 2 des Projekts und adaptiere mir meinen alten Stock AMD (Coolermaster) Kühler mit Kupfer-Kern auf das Board.

Die Idee mit dem Gehäuselüfter ist auch nicht schlecht, jetzt wo ich das CAD Design bemaßt habe lassen sich solche Dinge ja im Handumdrehen hinzufügen. Ich müsste mir nur genauer anschauen welche Anschlüsse für die unterschiedlichen Spannungen auf dem Board vorhanden sind oder das ganze per USB Spannung versorgen.
 
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@Krik Erste Machbarkeitsstudie (einfach nur angeflanscht) zur Integration 120mm Lüfter. Werte sehen sehr gut aus. Bei 5V Versorgung für den Lüfter (andere Spannungen sind auf dem Board leider nicht unmittelbar verfügbar) bleiben selbst in Prime die Temperaturen unter 80°C und es läuft trotzem auf maximalen multicore Takt (innerhalb des Power Targets).

120mm_casefan.jpg
 
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Hehe, ja die Serie kenne ich, Danke.

Allerdings übersteigt dass etwas den Horizont des Projekts. Der Case-Fan darf gern von der Stange sein. Ich hab noch eine Menge 120mm Lüfter übrig seit ich für mein 500DX auf 140mm Lüfter umgestiegen bin.
 
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Ahoi,

also erstmal Props für den Beitrag, das ist quasi genau das, was ich seit Monaten suche, man findet zu dem AK2 Plus so gut wie nichts im Internet :(

Hat hier jemand zufällig eine Ahnung ob / wo man einen besseren Lüfter für den AK2 Plus findet?

Habe selber leider nicht die Möglichkeit mit 3D-Druck o.Ä. und suche seit knapp 4 Monaten, aber finde absolut nichts :(


Danke Im Vorraus!


+ Edit: ich bin in dem Mini PC-Game noch nicht so drin, hab früher nur mit Raspi's gebastelt .
 
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@Alnossa Ich hab mittlerweile eine zweite Revision von dem Gehäuse konstruiert, bei dem der Deckel komplett durch einen 120mm Lüfter ersetzt wird. Betrieben wird der 120mm Lüfter per improvisierten Kabel über die 5V Schiene des SATA Anschlusses. Die Drehzahl ist dementsprechend sehr niedrig, aber es bleibt bei TDP 15W selbst bei Prime95 Last unter 80°C und drosselt nicht. Den stock Blower habe ich komplett ausgebaut. Das waren aber einige irrevsersible Anpassungen (im Gegensatz zur ersten Iteration Gehäuse).

Ich könnte grundsätzlich einen fertigen 3D Druck gegen eine Unkostenpauschale verschicken, allerdings würde dies komplett ohne Gewährleistung passieren, da ich nicht 100% garantieren kann, dass es dann auch passt.

Den Blower Lüfter selbst zu ersetzen ist nicht so trival, da es gar nicht so viele bessere Optionen für 5V und diesen Formfaktor gibt. Aber es reicht unter Umständen schon dem ganzen etwas mehr Frischluft zu geben. Ultimativ limitiert dann eh der furchtbare Heatsink.
 
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@SpartanerTom Danke für die Info!
Ich habe vermutlich noch so ein USB-Lüfter mit Regelung irgendwo herumfliegen, den werde ich die Tage mal versuchen einzubauen. Ich betreibe den MiniPC mit Unraid, so Homelab / Testumgebung NAS usw. da wär eine dauerhaufte Kühlung schon schön.
Ich gebe Rückmeldung, wenn ich ihn umgebaut hab,
 
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Habe die Printables-Seite jetzt mit dem 120mm Lüfterdesign aktualisiert.

https://www.printables.com/model/926938-alternative-case-for-ak2-plus-intel-n100-mini-pc-f

AK2-plus_case_120mm_main.jpgAK2-plus_case_120mm_fanout.jpg

Muss bei Gelegenheit dann noch ein sauberes Kabel Löten aber fürs erste reicht eine Lüsterklemme. Die Verunstaltung des Kühlers ist auch nicht schön aber man sieht das ganze dann eh nicht mehr. Kann man eventuell irgendwann mit einem Dremel o.Ä. auch nochmal schöner machen.
 
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Also ich hab heute den 120mm Lüfter via USB angeschlossen, auf den Deckel geschraubt und im Deckel mit einem Forstnerbohrer 4 Löcher a 4 cm gebohrt.
Ist nicht die perfekte Lösung aber erstmal wohl ausreichend.
CPU Kühler und Lüfter hab ich erstmal unberührt gelassen.

zu den Temperaturen:

CPU bei ~ 60-100% (Jellyfin Mediawiedergabe) liegt im Durchschnitt bei 45-49°C
Speicher so bei 33-45°C , die NVME (Datenträger 1) und SSD (Datenträger 2)

Parität mit 52°C - ist eine externe HDD die mit USB angeschlossen ist und ungekühlt ist und gerade den Datenträger 1 wieder füllt, deswegen so warm.


+ Edit: der Lüfter müsste so einer sein (https://amzn.eu/d/07vUfIM5) hatte den noch herumliegen.

Screenshot 2024-07-18 202308.png
Screenshot 2024-07-18 202325.png
n100.jpeg
 
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Interessant, dass die Werte so gut sind, da der Lüfter ja mehr oder weniger die Rückseite vom Mainboard anpustet. Aber vermutlich ist das Überdruck-Setup schon eine Verbesserung. Insgesamt waren die Ausgangswerte des N100 auch nicht furchtbar, aber der Lüfter war doch deutlich bei mir zu hören. Und wenn man der CPU dann etwas mehr TDP gönnt war schnell Schluss.

So einen Lüfter mit integriertem DC-DC Booster muss ich mir aber mal merken, falls ich irgendwann mal mehr als 5V brauche. Danke dafür.
 
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