Conception et construction du minirack
Présentation
Cette page retrace le processus de conception et de construction d'un mini-rack pour mon homelab.
Objectifs initiaux
Le but premier de ce projet était d'organiser et de mettre au propre les différents composants de mon homelab, afin de gagner en facilité d'utilisation et en fiabilité. Depuis 2 ans que j'avais un homelab dont 1 an avec du hardware physique (non-virtualisé), je n'avais jamais prêté beaucoup d'attention à la manière dont ce dernier était stocké, tant que c'était alimenté et en Ethernet. Ce qui a amené à avoir des empilements de câbles, mini-PCs, et autres blocs d'alimentation à des endroits pas du tout appropriés, amenant donc leur lots d'aléas : débranchements accidentels, chutes, difficultés de maintenance,... Il me fallait une solution plus pérenne que l'empilement progressif de matériel que j'avais laissé arriver.
Je vois mon homelab comme un espace d'expérimentation et d'apprentissage, et ce projet s'inscrit également dans cette démarche. N'ayant jamais travaillé en datacenter ou sur la gestion d'un parc physique au-delà de mes PC personnels, je voulais dans ma résolution du problème pas seulement appliquer un guide de A à Z ni acheter une solution toute prête sur Internet, mais en profiter pour progresser sur un domaine que je connaissais assez peu. C'est ainsi qu'est né le projet minirack.
Rack OK, mais pourquoi mini ? Le standard pour l'organisation du hardware serveur est le rack de 19 pouces de large, qu'on retrouve dans les datacenters et un peu partout, il permet d'optimiser verticalement l'utilisation de l'espace. Cependant, j'avais plusieurs problèmes avec ce standard, en particulier le fait que ce soit beaucoup trop gros au vu de l'espace que j'avais à disposition. C'est pour ça que j'ai commencé à chercher quelque chose de plus petit, d'où le minirack.
Recherches et émergence
Lorsque j'ai commencé mes recherches pour ce projet, je suis rapidement tombé sur le subreddit r/minilab, une sous-communauté du plus populaire et plus gros r/homelab. En même temps, les racks 10 pouces de chez DeskPi ont commencé à devenir assez connus dans le milieu tech, malgré leur prix prohibitif. Ils proposaient une alternative plus compacte et plus accessible que les mastodontes de 19 pouces de large, donc plus adaptée à un environnement domestique avec peu de place. Ces racks étaient donc assez populaires sur le r/minilab, mais il y avait aussi énormément de personnes qui avaient une approche beaucoup plus DIY qui datait de bien avant l'arrivée sur le marché des racks Deskpi, combinant de l'impression 3D, du bricolage, et une volonté d'expérimenter et de créer quelque chose de nouveau.
J'ai donc passé pas mal de temps à explorer ce subreddit en recherche d'inspiration, et je suis tombé sur la publication suivante, qui m'a rapidement attiré :
- Le cadre en alu m'attirait esthétiquement, me donnait plus confiance dans sa solidité et sa durabilité, et ne nécessitait pas des dizaines d'heures d'impression
- Le design permettait comme la plupart des racks de monter en façade avant des équipements avec la norme 10 pouces, mais aussi quelques équipements en 19 pouces en les fixant en hauteur.
- L'approche design était modulaire et assez facile à faire évoluer dans le temps sans avoir à tout reconstruire.
Mais il y avait quand même quelques soucis, notamment :
- Pas de mesures ni d'instructions de montage (l'auteur a mis en vente quelques temps plus tard le guide de construction de son projet sur Etsy, mais j'avais déjà terminé ma conception depuis quelques semaines au moment de sa mise en vente)
- L'usage d'une barre transversale supplémentaire pour fixer les appareils en hauteur me paraissait disgracieuse et superflue.
- L'auteur de la publication vit sur un autre continent donc avec des vendeurs de matériaux différents de ceux auxquels j'avais accès, ainsi même si la liste des composants avait été publique, des adaptations auraient été indispensables.
J'ai donc décidé de garder de sa publication l'idée d'un cadre en aluminium et de la possibilité de monter des appareils de 19 pouces de large en hauteur, et de faire moi-même le reste de la conception pour implémenter ces deux idées.
Je suis aussi tombé sur la note de blog de Kiran Jonnalagadda qui lui vit en Inde, et a aussi dû imaginer sa propre version du concept pour l'adapter à ses besoins et aux matériaux différents auxquels il avait accès.
Ces deux publications étaient mon point de départ, je me suis ensuite mis à imaginer ma version de ce concept.
Matériaux et conception
Comme déjà expliqué dans la section précédente, j'ai commencé par rechercher quels matériaux je pouvais me procurer pour réaliser ce projet : les profilés carrés en aluminium (aussi désignés comme "extrusion 2020") sont moins communs en Europe qu'outre-Atlantique, et les frais de port (+ tariffs douaniers) ont fait que j'ai dû m'adapter à ce qui était disponible sur le marché européen pour réaliser mon projet.
Avec prix et frais de port raisonnables, après quelques recherches et comparatifs je suis tombé sur le site de Motedis, une entreprise qui vend divers types de profilés en aluminium et les accessoires qui vont avec. Au vu des frais de port sur l'envoi de ce type de matériaux, commander l'aluminium ET les accessoires de montage auprès du même vendeur m'a donc permis d'amortir un peu mieux ces frais de port. En plus, ils fournissent des datasheets avec les dimensions précises de chacun des composants qu'ils vendent pour faciliter la conception.
Plus précisément, j'ai choisi le profilé Aluminium 2020 (20mm x 20mm) type B (type de rainure) 6 (largeur de rainure) car celui-ci était relativement bon marché et avec le plus d'accessoires de montage disponibles à la vente.
Pour assembler les sections de profilé pour former le cube de cadre, j'ai fait le choix des connecteurs d'angle 3D en aluminium : ils ne nécessitent pas de percer, sont plus solides que des connecteurs en plastique et avec un prix raisonnable.
Pour connecter les rails au cadre, j'ai pris les écrous correspondant au type de profilé que j'ai choisi, avec les vis M5 correspondantes. Par contre, j'ai complètement surestimé la longueur des vis en choisissant 12mm de long ce qui dépassait largement, là où 5 ou 6mm auraient sûrement été nettement plus adaptés.
Pour les rails sur lesquels fixer le hardware, j'ai fait le choix des rails Adam Hall, car ils étaient disponibles en de nombreuses tailles sur plusieurs sites revendeurs français, et leur site fournissait une datasheet avec des mesures précises pour faciliter la conception. Pour y fixer les équipements réseau et les serveurs, j'ai pris un lot de 50 cage nuts et écrous, les rack studs étant plus pratiques mais trop chers pour un projet personnel.
Une fois la liste de matériaux terminée est venu le temps de la conception et des mesures. Ne disposant pas d'accès à un atelier de travail du métal, j'ai dû faire particulièrement attention à ma conception théorique car il ne me serait pas possible de faire des ajustements une fois les matériaux reçus. C'était clairement la partie la plus stressante du projet.
La mesure la plus importante pour ce projet est celle de l'espace entre les rails qui doivent recevoir les composants, pour que ces derniers puissent bien y être fixés.
Pour rappel, la face avant doit avoir une largeur permettant de recevoir des composants pour la norme de 10 pouces de large, et les côtés doivent pouvoir recevoir verticalement des équipements pour la norme de 19 pouces de large. Comme l'indique le diagramme récapitulatif de la spécification des racks serveur, ces mesures de 10 et 19 pouces de large se font au milieu du trou des rails, il faut donc adapter le reste de la structure à cela. On retrouve également l'unité de hauteur universelle des racks serveurs, qui est utilisée pour quantifier la taille qu'occupe un appareil sur le rail. Une de ces unités de hauteur (=1U) équivaut à 44,5 mm, et la plupart des équipements installés couramment dans les miniracks occupent 1U ou 2U, même si on retrouve parfois des équipements plus grands (3U et plus) ou plus petits (0,5U).
Ainsi, on obtient les mesures suivantes :
Faces avant et arrière, segments en haut et en bas (total 4 segments) = 236,5mm ( écart standard rack 10 pouces) + 2 x 12,5mm (écart entre le milieu du trou du rail et sa bordure extérieure) + 2 x 20 mm (largeur des segments verticaux) - 2 x 5mm (épaisseur des connecteurs d'angle) = 291,5 mm (arrondi a 292mm car les découpes de motedis.fr sont à 1mm de précision)
Segments verticaux (total 4) = 465mm ( écart standard rack 19 pouces) + 2 x 12,5mm (écart entre le milieu du trou du rail et sa bordure extérieure) = 490mm
Pour la profondeur du rack, il n'y avait pas de contrainte particulière. J'ai choisi la mesure de 390mm pour avoir la place pour monter des équipements verticalement et horizontalement, et bien que je ne regrette pas mon choix, c'est peut-être un peu limité pour faire du câble management.
Finalement, pour construire le rack, on a besoin de 4 segments de 292mm, 4 segments de 490mm, 4 segments de 390mm, 8 connecteurs d'angle, des paires de rails pour l'avant et le côté, une cinquantaine de cage nuts + vis, et des écrous et leurs vis.
Il est à noter que la hauteur utilisable en face avant avec ce modèle de rack est de 490mm, soit 11,01U. Même s'il serait possible de se procurer des rails de 12U de long et de les recouper à la main à 11U pour pouvoir exploiter toute la hauteur disponible, j'ai fait le choix de plutôt acheter des rails de 10U de long et de consacrer la place qui reste pour le flux d'air pour le refroidissement.
Pour les équipements de 19 pouces de large montés verticalement, on peut envisager des rails allant jusqu'à 3U de long, 4U pourrait même être envisageable si les appareils fixés à l'avant sont suffisamment peu profonds, mais le câble management sera nettement complexifié.
Finalement, la liste de composants pour le rack est :
| Article | Prix |
|---|---|
| 8x Connecteur d‘angle 3D B-Type 20x20 | 9,73€ |
| 16x Ecrou à tête marteau B-Type rainure 6 [M5] | 2,68€ |
| 16x vis M5 | 0,79€ |
| Profilé aluminium découpé aux longueurs indiquées ci-dessus | 17,18€ |
| TVA + Expédition Motedis | 30,59€ |
| 2x Rail 10U | 10,80€ |
| 2x Rail 3U | 6,98 € |
| 50x Cage nuts et vis | 16,06 € |
| Total | 94,81€ |
En comparaison, un rack équivalent chez DeskPi coûterait 240€, et ne dispose pas de la possibilité de monter verticalement des équipements de 19 pouces de large. Il faut cependant reconnaitre que le design est plus travaillé avec notamment des pieds, une grille en bas et des panneaux latéraux en acrylique.
Assemblage
Une fois toutes les pièces choisies et commandées, il faut les assembler : 4 vis dans chaque connecteur d'angle pour relier les segments entre eux, puis installer les écrous dans les rainures du profilé pour y fixer les rails.
Une fois terminé, le rack ressemble à ceci (avec un seul accessoire de montage déjà en place) :
Remplissage du rack
Le cadre étant désormais complètement assemblé, on peut commencer à remplir ce rack avec nos appareils.
Même si plusieurs marques vendent des composants pouvant être installés directement dans les racks (étagères, panneaux de brassage, adaptateurs pour switchs, ... ), l'option la plus personnalisable et la plus économique pour racker vos appareils reste d'imprimer en 3D les systèmes de montages dont vous avez besoin. De nombreux modèles pour racker vos équipements réseau, mini-PCs, Raspberry Pi, etc, sont déjà existants sur des hubs de partage comme Printables ou Thingiverse, mais vous pouvez aussi tout à fait fabriquer vos propres accessoires de fixation si vous avez les compétences en CAO nécessaires.
Pour mes équipements, j'ai utilisé les modèles suivants :
- 10" rackmount - Ubiquiti Unifi Express 7 router (standalone + modular) - par Lillprint
- Ubiquiti Unifi USW 8 Lite Switch - Rackmount (10" / inch metal racks) - par 3DJupp
- 10 Inch Rack Mount for Lenovo m910q - par Towilab
- Grid Rack Panel 1U ventilation panel cover for 10 inch rackmount cabinet - par BasementLAB
- 10 inch Rack Shelf Regular - par Diew
En imprimant en 3D des accessoires de montage pour minirack, il est important d'être vigilant.e lors du choix du matériau. Des matériaux communs comme le PLA ont une température de fléchissement sous charge trop basse, la chaleur dégagée par les différents équipements déformerait donc le plastique. Des matériaux plus résistants à la chaleur comme le PETG sont à privilégier car ils offriront une meilleure durabilité, mais ils demandent souvent plus d'efforts pour obtenir des rendus aussi qualitatifs que le PLA. J'ai personnellement réalisé toutes mes impressions face avant contre le plateau d'impression avec du PETG, et les résultats sont satisfaisants hormis quelques petites imperfections pouvant se retirer facilement avec une pince coupante et quelques coups de brosse métallique.
À 20€ le kilo de PETG blanc (l'impression d'un accessoire de montage demande environ 150-200g par appareil), c'est une nouvelle fois beaucoup plus économique que ce qui peut être acheté directement sur le marché (même si dans ce cas, l'accessoire vendu est en métal, on trouve des produits en plastique au même prix sur Etsy par exemple).
Une fois les appareils installés au moyen des accessoires, il faut désormais leur fournir les conditions pour pouvoir fonctionner correctement : de l'électricité, l'accès au réseau, et un refroidissement efficace.
Pour l'électricité, des multiprises rackables existent, mais à 28€ les 5 prises, le rapport quantité-prix laisse sérieusement à désirer. J'ai donc complété avec une multiprise no-name que j'ai attachée à l'arrière du rack en utilisant du serre flex. Ce n'est pas aussi esthétique, mais c'est nettement plus rentable.
Pour le réseau, l'usage est d'utiliser un panneau de brassage en partie haute du rack. Pour l'instant, comme je ne dispose que de peu d'appareils branchés, je me contente d'utiliser l'espace vide à côté de ma gateway sur l'emplacement le plus en haut du rack pour y passer les câbles RJ45 allant depuis et vers le switch branché juste en-dessous. Ce n'est pas une approche conventionnelle ni forcément la plus esthétique, mais l'économie de place et de coûts qu'elle apporte me convient tout à fait.
Pour le refroidissement, considérant que le rack est ouvert sur les côtés, en haut et à l'arrière, je me contente des systèmes de refroidissement des appareils montés dans le rack pour maintenir une température acceptable. Cependant, il serait envisageable d'ajouter des ventilateurs en haut ou à l'arrière par exemple si l'évolution des usages du rack venait à changer et à exiger un système de refroidissement plus performant.
Conclusion
Même s'il n'est pas une réalisation irréprochable, fabriquer ce rack m'a permis d'en apprendre beaucoup sur de nombreux aspects allant au-delà de la gestion des équipements informatiques : conception et design, impression 3D, adaptation aux fournisseurs, ... , tout en résolvant un problème que je rencontrais (et en vrai, c'est quand même super stylé 😊). J'espère pouvoir continuer à améliorer continuellement ce rack à mesure que j'aurai des opportunités qui me le permettront.