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3D-Druck für Rechenzentren: effizientere Kühlung und schnell verfügbare Komponenten
Steigende Leistungsdichten durch KI und Hochleistungsrechnen machen die Kühlung zur zentralen Aufgabe im Rechenzentrum. Der 3D-Druck ermöglicht Cold Plates, Kühlkörper und Wärmetauscher mit Freiform-Kühlkanälen, die sich konventionell kaum fertigen lassen – besonders aus Kupfer. PROTIQ verarbeitet Kupfer seit 2013 im 3D-Druck und fertigt heute Bauteile aus Reinkupfer mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 57 MS/m.
Darüber hinaus entstehen im 3D-Druck Stromschienen für die Energieverteilung, Luftführungen, Halterungen und Gehäuseteile sowie Ersatzteile, die nicht mehr lieferbar sind. Auf dem PROTIQ Marketplace wählen Sie dafür aus über 160 Materialien von über 40 Anbietern – PROTIQ ist selbst einer davon.
- seit 2013verarbeitet PROTIQ Kupfer im 3D-Druck
- 57 MS/melektrische Leitfähigkeit von Reinkupfer
- 415 ± 10 W/(m·K)Wärmeleitfähigkeit von Reinkupfer
- über 160 Materialienvon über 40 Anbietern auf dem PROTIQ Marketplace
Herausforderungen
Vor welchen Herausforderungen stehen moderne Rechenzentren?
Cloud-Services, KI und Hochleistungsrechnen (HPC) lassen Rechenzentren rasant wachsen. Prozessoren, GPUs und KI-Beschleuniger erzeugen auf immer kleinerem Raum immer mehr Wärme – und ein erheblicher Teil des Energieverbrauchs entfällt bereits auf die Kühlung.
- Kühlung: Klassische Luftkühlung stößt bei hohen Leistungsdichten an Grenzen. Flüssigkeitskühlung, Direct Liquid Cooling (DLC) und Immersionskühlung gewinnen an Bedeutung – und mit ihnen Bauteile, die Wärme gezielt an das Kühlmedium übertragen.
- Energieeffizienz: Neben der Kühlleistung zählt der Druckverlust im Kühlkreislauf. Je höher er ist, desto mehr Energie brauchen die Pumpen.
- Energieverteilung: GPU-Cluster und KI-Anwendungen erfordern eine zuverlässige Stromverteilung bei steigenden Leistungsdichten und begrenztem Bauraum.
- Verfügbarkeit: Systeme laufen oft viele Jahre. Einzelne Halterungen, Gehäuseteile oder Funktionsteile sind dann häufig nicht mehr regulär lieferbar.
Kühlung
Wie verbessert der 3D-Druck die Kühlung im Rechenzentrum?
Der 3D-Druck erlaubt Kühlgeometrien, die mit Fräsen oder Bohren kaum herstellbar sind: verzweigte Kühlkanäle, Gitter- und Gyroidstrukturen oder topologieoptimierte Kühlflächen. So lässt sich das Kühlmedium gezielt zu den Stellen mit der höchsten Wärmeentwicklung führen und die Oberfläche für den Wärmeübergang vergrößern.
Cold Plates für Flüssigkeitskühlung
Cold Plates (Kühlplatten) nehmen die Wärme direkt von Prozessoren, GPUs oder anderen Elektronikkomponenten auf und übertragen sie an das Kühlmedium. Im 3D-Druck werden die Kühlkanäle direkt in die Platte integriert – frei geformt statt gerade gebohrt. Ziel ist es, die Wärme möglichst effizient abzuführen und gleichzeitig den Strömungswiderstand gering zu halten, denn ein geringerer Druckverlust senkt den Energiebedarf der Pumpen.
Kühlkörper
Kühlkörper führen Wärme in Servern, Speicher- und Netzwerksystemen ab. Filigrane Gitterstrukturen, komplexe Lamellen oder organisch optimierte Kühlflächen vergrößern die Oberfläche und können so den Wärmeaustausch verbessern – besonders in Verbindung mit hochwärmeleitfähigem Kupfer.
Wärmetauscher
Im 3D-Druck lassen sich Strömungskanäle und Innenstrukturen gezielt auf eine gleichmäßige Wärmeübertragung und einen geringen Druckverlust auslegen. So entstehen kompakte Wärmetauscher, die bei vergleichbarer Leistung weniger Bauraum benötigen.
Vorteile 3D-gedruckter Cold Plates und Kühlkörper
- Freiform-Kühlkanäle statt gerader Bohrungen
- Strömungsführung gezielt zu den Hotspots
- Mehr Kühloberfläche bei gleichem Bauraum
- Auslegung auf geringen Druckverlust
- Mehrere Funktionen in einem Bauteil, weniger Fügestellen
- Komplexe Geometrien aus Reinkupfer
Luftführung und Thermal Management
Auch in luftgekühlten Bereichen trägt der 3D-Druck zur Effizienz bei: Luftkanäle, Strömungsleitkörper und Komponenten für das Rack-Management lassen sich an bestehende Racks und Gehäuse anpassen, Luftströme gezielt lenken und mehrere Funktionen in einem Bauteil kombinieren.
↑ Zur ÜbersichtBauteile & Werkstoffe
Welche Bauteile für Rechenzentren lassen sich 3D-drucken?
Typisch sind Cold Plates, Kühlkörper, Wärmetauscher und Verteiler für die Flüssigkeitskühlung, Stromschienen, Luftführungen, Halterungen, Gehäuseteile und Ersatzteile. Für die Kühlung und Stromführung ist Kupfer der wichtigste Werkstoff, für Infrastrukturteile kommen meist Kunststoffe zum Einsatz.
| Bauteil | Was der 3D-Druck ermöglicht | Werkstoffe (Beispiele) |
|---|---|---|
| Cold Plates | Freiform-Kühlkanäle direkt an den Hotspots, Gitter- oder Gyroidstrukturen | Reinkupfer, Reinkupfer low-O₂ |
| Kühlkörper | Gitterstrukturen, komplexe Lamellen, organisch optimierte Kühlflächen | Reinkupfer, Aluminium |
| Wärmetauscher | Strömungsführung für gleichmäßige Wärmeübertragung und geringen Druckverlust, kompakte Bauweise | Kupfer, Aluminium |
| Verteiler für Flüssigkeitskühlung | Integrierte Kanäle, weniger Verbindungsstellen | Metall oder Kunststoff – je nach Medium und Anforderung |
| Stromschienen und Verbindungselemente | Geometrie an den verfügbaren Bauraum angepasst, Funktionsintegration | Reinkupfer |
| Luftführung und Strömungsleitkörper | An Racks und Gehäuse angepasst, mehrere Funktionen in einem Bauteil | Kunststoffe wie PA12 |
| Halterungen, Kabelmanagement, Gehäuseteile | Integrierte Kabelführungen, wirtschaftlich auch in kleinen Stückzahlen | Kunststoffe wie PA12 oder elektrisch ableitfähiges PA11 ESD |
| Ersatzteile | Nachfertigung abgekündigter Teile auf Basis von CAD-Daten | je nach Bauteil und Anforderung |
Welcher Werkstoff passt, hängt von Ihrer Anwendung ab. Sie wählen ihn im Konfigurator – oder fragen ihn bei uns an. Gelten besondere Anforderungen, etwa an den Brandschutz, klären wir gern mit Ihnen, welche Materialien infrage kommen.
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Kupfer
Warum ist Kupfer der wichtigste Werkstoff für die Rechenzentrumskühlung?
Kupfer leitet Wärme und Strom besser als fast alle anderen technischen Metalle. Im 3D-Druck gehört es aber zu den anspruchsvollsten Werkstoffen, weil es einen Großteil der Laserenergie reflektiert und Wärme sehr schnell ableitet. PROTIQ beschäftigt sich seit 2013 damit und fertigt Bauteile aus Reinkupfer selbst.
Additiv gefertigtes Reinkupfer von PROTIQ erreicht laut Datenblatt eine elektrische Leitfähigkeit von 57 MS/m und eine Wärmeleitfähigkeit von 415 ± 10 W/(m·K). Für Bauteile, bei denen eine besonders hohe Reinheit gefragt ist, gibt es Reinkupfer low-O₂: Eine abgestimmte Werkstoff-, Prozess- und Nachbehandlungsstrategie hält den Sauerstoffeintrag entlang der gesamten Prozesskette möglichst gering – interessant überall dort, wo die Leitfähigkeit direkt über die Leistung entscheidet, etwa bei der Elektronikkühlung.
↑ Zur ÜbersichtEnergieverteilung
Können Stromschienen und Stromverteiler 3D-gedruckt werden?
Ja. Im 3D-Druck entstehen Stromschienen, Stromverteiler und elektrische Verbindungselemente aus Kupfer, die genau an den verfügbaren Bauraum angepasst sind – besonders sinnvoll bei komplexen Geometrien, Prototypen, Kleinserien und speziellen Infrastrukturprojekten.
KI-Anwendungen, Hochleistungsrechner und GPU-Cluster brauchen eine zuverlässige Stromverteilung bei steigenden Leistungsdichten. Die Gestaltungsfreiheit des 3D-Drucks erlaubt Leitergeometrien und integrierte Funktionen, die sich mit klassischen Verfahren nur eingeschränkt umsetzen lassen. Reinkupfer bietet dabei die hohe elektrische Leitfähigkeit, die stromführende Bauteile brauchen.
Mehr zu Stromschienen aus dem 3D-Druck
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Ersatzteile & Infrastruktur
Wie hilft der 3D-Druck bei Ersatzteilen und Infrastrukturbauteilen?
Der 3D-Druck fertigt Bauteile bei Bedarf und ohne Mindeststückzahlen nach – auch abgekündigte Halterungen, Gehäuseteile oder Funktionsteile. Statt Ersatzteile jahrelang auf Lager zu halten, speichern Sie nur die CAD-Daten und bestellen bei Bedarf neu.
Individuelle Infrastruktur- und Funktionsbauteile
Halterungen mit integrierten Kabelführungen, Strömungsleitkörper oder montagefertige Baugruppen lassen sich gezielt für bestehende Rack-Systeme, Servergehäuse und technische Infrastruktur entwickeln – ohne kostenintensive Werkzeuge. Das reduziert Bauteilanzahl, Montageaufwand und Lagerhaltung und hilft besonders bei Modernisierungen, Erweiterungen und Sonderanwendungen.
Digitale Lagerhaltung mit dem PROTIQ Marketplace
Im Kundenkonto auf dem PROTIQ Marketplace hinterlegen Sie Ihre Projekte und 3D-Modelle und bauen so Ihr digitales Ersatzteillager auf. Benötigte Teile bestellen Sie mit wenigen Klicks erneut. Das verkürzt Reaktionszeiten, senkt Lagerkosten und erleichtert die langfristige Verfügbarkeit kritischer Komponenten.
Mehr zu Ersatzteilen aus dem 3D-Druck
↑ Zur ÜbersichtAblauf
Wie läuft ein Projekt für Rechenzentren mit PROTIQ ab?
Von der ersten Idee über die Bauteiloptimierung bis zur Fertigung und Nachbestellung: Sie entscheiden, ob Sie direkt online bestellen oder Ihr Projekt mit uns besprechen.
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Schritt 1
Anfrage oder DateiSie laden Ihre 3D-Daten im Konfigurator hoch oder beschreiben uns Ihr Bauteil – auch wenn es erst eine Idee ist. -
Schritt 2
Bauteil optimierenAuf Wunsch unterstützen wir bei der fertigungsgerechten Konstruktion, etwa bei Kühlkanälen, Wandstärken oder der Funktionsintegration. -
Schritt 3
Material und Angebot wählenSie wählen Material, Stückzahl und das passende Angebot – PROTIQ ist selbst einer der Hersteller auf dem Marketplace. -
Schritt 4
Fertigen und nachbestellenIhr Bauteil wird gefertigt. Die Daten bleiben in Ihrem Kundenkonto, sodass Sie jederzeit nachbestellen können.
Der 3D-Druck ersetzt dabei nicht alle klassischen Fertigungsverfahren. Er ist eine leistungsfähige Ergänzung überall dort, wo komplexe Geometrien, hohe Leistungsdichten, kurze Lieferzeiten oder individuelle Lösungen gefragt sind. Als Teil der Phoenix Contact Gruppe unterstützt PROTIQ Sie dabei, diese Potenziale gezielt zu nutzen.
Individuelle Lösungen für Rechenzentren
Sie planen eine Kühlkomponente, ein Kupferbauteil, eine Stromschiene, ein Infrastrukturbauteil oder ein Ersatzteil für Ihr Rechenzentrum? Wir unterstützen Sie von der ersten Idee über die konstruktive Auslegung und Bauteiloptimierung bis zur additiven Fertigung. Gemeinsam entwickeln wir Lösungen, die auf Ihre technischen Anforderungen, Platzverhältnisse und Leistungsziele abgestimmt sind und begleiten Sie durch den gesamten Entwicklungs- und Fertigungsprozess.
FAQ
Häufige Fragen zum 3D-Druck für Rechenzentren
Wie kann 3D-Druck die Kühlung von Rechenzentren verbessern?
Der 3D-Druck ermöglicht Kühlkörper, Wärmetauscher und Cold Plates mit komplexen Geometrien und integrierten Kühlkanälen. Dadurch lassen sich Bauteile gezielt an Bauraum, Wärmequelle und Kühlmedium anpassen – besonders bei Flüssigkeitskühlung und Hochleistungsanwendungen.
Was sind Cold Plates?
Cold Plates sind Kühlplatten, die Wärme direkt von Prozessoren, GPUs oder anderen elektronischen Komponenten aufnehmen und an ein Kühlmedium übertragen. Im 3D-Druck lassen sich Kühlkanäle und Strömungsführung individuell an die Anforderungen anpassen.
Warum wird Kupfer für die Rechenzentrumskühlung eingesetzt?
Kupfer besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und eignet sich daher besonders für Kühlkörper, Wärmetauscher und Cold Plates. Additiv gefertigtes Reinkupfer von PROTIQ erreicht laut Datenblatt 415 ± 10 W/(m·K). Im 3D-Druck kommen komplexe Kühlstrukturen und innenliegende Kanäle hinzu.
Was ist Reinkupfer low-O₂?
Reinkupfer low-O₂ ist eine besonders sauerstoffarme Variante von Reinkupfer für Bauteile, bei denen eine besonders hohe Reinheit gefragt ist. PROTIQ hält den Sauerstoffeintrag dafür entlang der gesamten Prozesskette möglichst gering – vom Pulver über Lagerung und Handling bis zum Druckprozess.
Eignet sich additive Fertigung für Flüssigkeitskühlung und Direct Liquid Cooling?
Ja. Additive Fertigung wird zunehmend für Komponenten der Flüssigkeitskühlung eingesetzt, insbesondere für Cold Plates, Wärmetauscher, Verteiler und Bauteile mit integrierten Kühlkanälen. Die Technologie ermöglicht eine hohe Gestaltungsfreiheit bei kompakter Bauweise.
Welche Komponenten für Rechenzentren lassen sich 3D-drucken?
Typisch sind Kühlkörper, Wärmetauscher, Cold Plates, Verteiler, Luftführungselemente, Stromschienen, Halterungen, Gehäuseteile und Ersatzteile. Besonders interessant ist der 3D-Druck für individuelle Bauteile, komplexe Geometrien und kleinere Stückzahlen.
Können Stromschienen und Stromverteiler additiv gefertigt werden?
Ja. Im 3D-Druck entstehen individuelle Stromschienen und elektrische Verbindungselemente aus Kupfer. Das bietet Vorteile bei komplexen Geometrien, begrenztem Bauraum oder speziellen Infrastrukturprojekten.
Was bedeutet digitale Lagerhaltung?
Bei der digitalen Lagerhaltung werden Bauteile als CAD-Daten gespeichert und bei Bedarf nachgefertigt. Auf dem PROTIQ Marketplace hinterlegen Sie dafür Ihre Projekte und 3D-Modelle im Kundenkonto und bestellen benötigte Teile mit wenigen Klicks erneut.
Wie unterstützt PROTIQ Projekte für Rechenzentren?
PROTIQ unterstützt von der Bauteilentwicklung über die Beratung zur Materialauswahl bis zur Fertigung und Nachbestellung. Schwerpunkte sind Kühlkomponenten und Kupferbauteile, Stromschienen sowie individuelle Infrastruktur- und Ersatzteile.
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