Schallgedämmtes 3D-Drucker-Gehäuse aus einem IKEA-Schrank
Inhaltsverzeichnis
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Warum braucht ein 3D-Drucker eine Schalldämmung?
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Lösung zur Schalldämmung und Vibrationsminderung des 3D-Druckers
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Belüftung des Schranks und Kühlung der elektronischen Komponenten des 3D-Druckers
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Geräuschmessung beim Betrieb des 3D-Druckers nach den Maßnahmen zur Geräuschminderung
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Optimierung des Innenraums des schallgedämmten 3D-Drucker-Schranks
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Weitere nützliche Informationen
Warum braucht ein 3D-Drucker eine Schalldämmung?
Ich habe einen Bambu Lab A1 in einen Schrank aus Standardküchenmöbeln von IKEA METOD gestellt, ihn mit Kfz-Schalldämmmaterial ausgekleidet und eine leise Belüftung mit Noctua-Lüftern eingebaut. Das Ergebnis: 36.5 dB(A) in 1 m Abstand beim Drucken mit voller Geschwindigkeit, bei einem Hintergrundgeräuschpegel von 35.3 dB(A) in der Wohnung. Zum Vergleich: Der Hersteller gibt 48 dB(A) im Silent-Modus ohne Gehäuse an.
Bambu Lab A1 ist im Vergleich zu Konkurrenten und größeren Modellen von Bambu Lab ein sehr schneller und zugleich leiser Drucker (wenn nicht sogar der leiseste). Der Hersteller gibt nach der Geräusch- und Vibrationskalibrierung des Druckers und dem Einschalten des Silent-Modus einen Pegel von 48 dB(A) an.
Bei mir steht der Drucker in einem Wohnraum. Deshalb waren ein leiser und schneller Betrieb entscheidende Kaufkriterien.
Der Silent-Modus senkt die Geräusche beim Drucken tatsächlich deutlich, reduziert dabei aber die Druckgeschwindigkeit um 50%. Positiv ist außerdem die bessere Druckqualität.
Auch beim Drucken von Stützstrukturen ist der Lüfter deutlich zu hören.
Selbst im Silent-Modus war mir der Drucker aber zu laut: Er lenkte mich beim Lesen und Fernsehen ab.
Eine Möglichkeit wäre gewesen, nachts bei geschlossener Tür im Silent-Modus zu drucken. Das ist jedoch unpraktisch, und einen schnellen Drucker kauft man nicht, um langsam zu drucken. Deshalb musste ich das Lärmproblem lösen.
Ein geschlossenes Gehäuse für den Drucker bietet weitere Vorteile:
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Es verhindert Zugluft, die die Druckqualität beeinträchtigen, die Haftung verringern und Warping verursachen kann.
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Außerdem sammelt sich weniger Staub auf dem Drucker, insbesondere am Extruder. Staub kann ihn mit der Zeit verstopfen und eine aufwendige Reinigung per cold-pull erforderlich machen.
Lösung zur Schalldämmung und Vibrationsminderung des 3D-Druckers
Die Lösung zur Schalldämmung scheint zunächst einfach: Der Drucker kommt in einen rundum geschlossenen Schrank. Allerdings kamen für mich nur Standardmöbel von IKEA in Frage, denn ein eigens für den Drucker angefertigtes Möbelstück hätte mein Budget überschritten.
Ich wollte außerdem eine Lösung bauen, die andere nachbauen können. Dafür musste ich möglichst gängige und leicht erhältliche Möbelteile verwenden.
Der Schrank musste zudem kompakt sein, weil der freie Platz in meiner Wohnung sehr begrenzt ist.
Auswahl des Schranks
Beim Durchsehen des IKEA-Möbelkatalogs stellte sich heraus, dass keiner der vollständig geschlossenen IKEA-Schränke von den Maßen her passte (maximale Innentiefe 53.5cm): Das Druckbett bewegt sich, und hinter dem Drucker wird zusätzlicher Platz für die Kabelanschlüsse benötigt. Es fehlten buchstäblich einige Zentimeter. Den Drucker längs in den Schrank zu stellen (um 90 Grad gedreht), hätte die Bedienung erschwert. Außerdem brauchte ich daneben Platz für das AMS Lite-System zum mehrfarbigen Drucken.
Eine Suche auf Reddit führte mich zu einem Post mit der sehr guten Idee, Möbel aus einer IKEA-Küchenserie zu verwenden, IKEA METOD die etwas tiefer sind als normale Schränke (für den US-Markt kann man eine sehr ähnliche Serie verwenden, SEKTION, die etwas schmaler ist, aber die gleiche Tiefe hat). Ein Nachteil der Küchenunterschränke für diesen Zweck ist, dass den Schränken dieser Serie eine Decke fehlt: IKEA METOD. Bei diesen Schränken wird oben eine maßgefertigte, durchgehende Arbeitsplatte montiert. Das ist teuer und dauert wegen der individuellen Anfertigung lange.
Die Schrankmaße (80x60x80cm, Innentiefe 58cm) waren für meinen Zweck jedoch ideal. Deshalb nahm ich diesen Schrank als Grundlage für meinen künftigen schallgedämmten Schrank.
Für den Schrank wählte ich Glastüren IKEA ENKÖPING (40x80cm), damit ich den Druckvorgang beobachten kann.
Dazu kaufte ich 2 Sets mit je 2 Türscharnieren IKEA UTRUSTA 110° und 1 Set mit 2 Stahlgriffen IKEA KALLRÖR 213mm (für die Montage müssen Löcher in die Türen gebohrt werden).
Für eine möglichst gute Schalldämmung reicht der Schrank allein nicht aus. Deshalb kaufte ich zusätzlich 6 Matten (70x50cm) Kfz-Schalldämmmaterial aus Butylkautschuk (Alubutyl), mit denen ich alle Schrankflächen einschließlich der Türen beklebte, das Glas ausgenommen.
Um tieffrequente Geräusche und Vibrationen weiter zu verringern, legte ich unter den Drucker einen Sandwichaufbau aus zwei Materialien unterschiedlicher Dichte: gepresstem Gummi und Schaumstoff. Da der Gummi roch, wickelte ich den Aufbau in eine dichte Folie.
Für die Schalldämmung gilt es als wirksamer, die dichtere Schicht des Sandwichaufbaus nach oben zu legen.
Das Problem mit dem Dach des Schranks löste ich mit einer einfachen, glatten Tür IKEA VEDDINGE (60x80cm), deren Maße genau passten. Ich schraubte sie mit 4 Schrauben (12-15mm) an die Metallschienen des Schranks, die Löcher zur Befestigung einer oberen Platte haben.
Zusätzlich zum Schrank kaufte ich einen Einlegeboden IKEA UTRUSTA (80x60cm) (Set mit 2 Stück) und montierte einen unten im Schrank. Dadurch steht der Drucker höher und lässt sich bequemer bedienen. Das entstandene Fach bietet Platz für Zubehör und Filament; außerdem konnte ich dort die Kabel verstecken.
Den zweiten Einlegeboden legte ich auf den Boden, um die Schalldämmung zu verbessern und den gesamten Schrank etwas anzuheben.
Zur zusätzlichen Schalldämmung verwendete ich Vliesstoff IKEA STOPP FILT: Eine Lage legte ich auf den Fußboden, eine weitere zwischen den Einlegeboden auf dem Fußboden und den Schrank und eine auf den Einlegeboden im Schrank.
Zwischen dem Einlegeboden auf dem Fußboden und dem Schrank legte ich außerdem 1 Matte Kfz-Schalldämmmaterial.
Die Rückwand des Schranks drehte ich um 180° (mit den quadratischen Öffnungen nach unten), damit die beiden Öffnungen hinter dem Einlegeboden verschwinden und ich sie für das Stromkabel nutzen kann.
Ein weiteres Element der Schalldämmung ist eine TESA-Gummidichtung als E-Profil rund um die Türseite des Schranks, damit zwischen Türen und Schrank keine Spalten bleiben. Ich verwendete 3 m Doppelprofil.
Was sich im Schrank befindet
Auf dem Foto unten sind im Schrank neben dem Drucker Bambu Lab A1 und dem AMS Lite folgende Gegenstände zu sehen:
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Ein rechteckiger weißer Kunststoffrahmen, auf dem das AMS Lite steht (Link zum Modell)
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Ein flacher grauer Ständer für das AMS Lite (Link zum Modell) anstelle des Originalständers.
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Eine Dry Box für zwei Filamentspulen (sie steht unter dem AMS Lite innerhalb des Rahmens). Die Dry Box basiert auf einem Behälter IKEA 365+ 10.6L (Link zum Modell).
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Links vom Drucker befinden sich weiße, gedruckte und mit 3.5x25mm-Schrauben an der Schrankwand befestigte Paneele, die mit dem System IKEA SKADIS (Link zum Modell kompatibel sind). Zwei Reihen Paneele mit folgenden Maßen (Breite x Höhe):
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erste Reihe: 3x7, 11x9, 11x9
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zweite Reihe: 6x11, 5x11, 7x11
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Links unten neben dem Drucker steht ein kompakter Behälter für Druckabfälle, der die Lüftungsöffnungen des Gehäuses nicht verdeckt (Link zum Modell)
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Hinter dem Drucker ist ein Regalboden montiert (Link zum Modell), auf dem eine Dry Box für 1 Filamentspule auf Basis eines Vtopmart 4L Behälters steht (Link zum Modell). Auf diesem Regalboden lässt sich auch ein aktiver Filamenttrockner aufstellen, Sunlu S2; alternativ kann der Trockner auf dem Haupteinlegeboden des Schranks vor der Dry Box für 2 Spulen stehen.
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Hinter dem Drucker klebt außerdem ein Quadrat aus weißer PTFE-Folie an der Schrankwand. Es verringert die Reibung des Kabels zwischen Drucker und Hotbed an der Schrankwand.
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Behälter für kleines Zubehör befinden sich an einem IKEA SKADIS-kompatiblen Paneel (Link zum Modell).
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Adapter für das AMS Lite zur Verwendung von Filamentspulen SUNLU/JAYO zweier Arten: für zerlegbare und nicht zerlegbare Spulen.
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Oben links am Glas der Schranktür ist ein Xiaomi-Thermo-Hygrometer angebracht. Das ist ein hochwertiges Modell mit mobiler App. Ich verwende diese Hygrometer in allen meinen Dry Boxes und überwache die Luftfeuchtigkeit über die Mi Home-App. Die Messwerte werden gespeichert, sodass sich die Entwicklung verfolgen lässt. Temperaturmessungen zeigen, dass die Temperatur im Schrank während des Druckens im Sommer nicht über 39 °C und im Winter nicht über 31 °C stieg. Der größte Temperaturunterschied zwischen Zimmer und Schrank betrug 13 °C.
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Für die Beleuchtung installierte ich einen LED-Streifen (4000K 90CRI) mit einer Länge von 40cm. Ich versorge den Streifen mit drei in Reihe geschalteten Li-Ion-Akkus Liitokala 18650 mit integriertem BMS-Schutz. Die Akkus stecken in einem Halter. Alternativ schließe ich einen Pack aus 4 AA-Akkus mit einem auf 12V hochregelnden Boost-Modul an. Das Licht wird per Tastendruck eingeschaltet; der Taster liegt im Stromkreis zwischen LED-Streifen und Stromquelle. Der LED-Streifen sitzt auf zwei um 45° geneigten Schienen (Link zum Modell). Ich druckte die Schienen aus PETG, da PLA wegen der Erweichung bei steigender Temperatur ungeeignet ist. Das ursprüngliche Schienenmodell musste ich anpassen (Höhe 12mm und Breite 12mm), weil der LED-Streifen zu stramm in den Schienennuten saß.
Außen rechts am Schrank montierte ich einen Halter für Druckplatten (Link zum Modell).
Auf dem Schrank (auf dem ersten Foto am Anfang des Artikels zu sehen) stehen 2 Spulenhalter für jeweils 6 Spulen. Oben auf jedem Halter können weitere 6 Spulen untergebracht werden (Link zum Modell).
Belüftung des Schranks und Kühlung der elektronischen Komponenten des 3D-Druckers
Obwohl die Temperatur im schallgedämmten Schrank beim Drucken (auch bei langen Druckvorgängen von über 9 Stunden) die Raumtemperatur um höchstens 13 °C überstieg, entschied ich mich, den Schrank zu verbessern und Folgendes zu ändern:
Lüfter
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Ich montierte einen Noctua NF-A6x25 Lüfter (60x25mm 12V) an der Öffnung unten links im Schrank, nachdem ich diese vergrößert hatte. Der Lüfter sitzt auf einer Halterung (Link zum Modell). Ich befestigte ihn mit 2 Schrauben an der Halterung M3x12mm. Statt 4 Schrauben verwendete ich 2, damit die Halterung ohne Luftspalt direkt an der Wand anliegt.
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Ich montierte 3 Lüfter Noctua NF-A4x20 (40x20mm 12V) am Druckergehäuse bei dessen Lüftungsöffnungen: einen für die Zuluft (rechts) und zwei für die Abluft (links). Die linken Lüftungsöffnungen sind breiter, deshalb sitzen dort 2 Lüfter. Die Abluftlüfter sind links angebracht, damit sie möglichst keine Druckabfälle ansaugen: Links befindet sich der Abfallbehälter, und dort wird die Düse gereinigt. Die Lüfter werden an einer Halterung festgeschraubt (ich verwendete die den Lüftern beiliegenden Blechschrauben) (Link zum Modell), die wiederum am Drucker befestigt wird. Am Zuluftlüfter (rechts vom Drucker) montierte ich eine Schutzabdeckung (Link zum Modell), die mit 4 Schrauben befestigt ist M3x10mm. Wegen der beiden Lüfter auf der linken Seite musste ich den Abfallbehälter verkleinern. Das entsprechend angepasste Modell habe ich hier in einem separaten Profil veröffentlicht.
Ich wählte Noctua-Lüfter wegen ihrer hohen Leistung und ihres sehr niedrigen Geräuschpegels. Gerade der niedrige Geräuschpegel ist bei diesem Projekt zur Schalldämmung des Druckers entscheidend.
Bei voller Leistung ist der Betrieb des Noctua NF-A4x20 bei geschlossenen Schranktüren und laufendem Drucker überhaupt nicht zu hören. Den Luftstrom des Noctua NF-A6x25 bemerkt man dagegen, weil er Luft aus dem Schrank bläst. Um die Geräusche des Noctua NF-A6x25 zu verringern, schloss ich ihn über den mitgelieferten L.N.A.-Adapter (Low Noise Adapter) an. Der L.N.A.-Adapter senkt die Leistung, Drehzahl (und Förderleistung) um etwa 1/3, verringert aber den Geräuschpegel deutlich. So blieb der Pegel in 1 m Abstand vom Schrank auf demselben Niveau wie vor dem Einbau der Lüfter - 36.5 dB(A). In 2 m Abstand stieg der Pegel gegenüber der Variante ohne Lüfter nur um 0.4 dB(A) auf 36.32 dB(A).
Stromversorgung und automatisches Einschalten
Alle Lüfter sind über Y-Adapter und ein Verlängerungskabel miteinander verbunden. Alle nötigen Kabel und Adapter lagen den Lüftern bei. Falls Sie keine Noctua-Lüfter verwenden möchten, brauchen Sie möglicherweise Adapter und Verlängerungskabel.
Die Lüfter werden mit 12V von einem AC-DC-Adapter versorgt.
Außerdem verwendete ich einen DC 5521-Adapter, um die Lüfter mit dem AC-DC-Adapter zu verbinden.
Damit die Lüfter genau dann anspringen, wenn sie bei steigender Temperatur am nötigsten sind, versetzte ich das am Schrankglas angebrachte Xiaomi Mijia Bluetooth 2 Thermo-Hygrometer gegenüber den Abluftlüftern und verband es in der Mi Home-App mit einer smarten Steckdose Xiaomi Smart Plug 2 Wi-Fi , an die der oben erwähnte AC-DC-Adapter angeschlossen ist. Dafür richtete ich folgende Szenarien ein:
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Bei Erreichen von 33 Grad: smarte Steckdose einschalten
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Bei Erreichen von 32 Grad: smarte Steckdose ausschalten
Die Lüfter schalten sich also erst bei der eingestellten Temperatur ein, die während des Druckens erreicht wird. Durch die Ausschaltbedingung gehen sie nach dem Drucken und dem Abkühlen der Luft am Drucker wieder aus. Die genannten Ein- und Ausschalttemperaturen habe ich empirisch für meine Bedingungen ermittelt. Bei Ihnen können andere Werte sinnvoll sein, denn sie hängen von der Wärmedämmung des Schranks, der Anordnung der Lüfter und des Thermometers, den Druckbedingungen und dem Thermistor im Thermometer ab.
Dank der umfangreichen Szenario-Einstellungen für smarte Xiaomi-Geräte lässt sich das Ein- und Ausschalten auch zeitlich planen oder aus der Ferne steuern. Zudem kann man Luftfeuchtigkeit und Temperatur in der Mi Home-App überwachen.
Die gemessene Gesamtleistung der Lüfter bei 12V betrug 1.7W, davon:
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Noctua NF-A4x20 - 0.4W x3
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Noctua NF-A6x25 - 0.5W (über einen L.N.A.-Adapter angeschlossen, um Drehzahl und Geräusche zu senken)
Fazit zur Belüftung:
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Der Abluftlüfter des Schranks Noctua NF-A6x25 senkt bei reduzierter Leistung und geringerem Geräuschpegel (L.N.A.-Adapter) die Gesamttemperatur im Schrank um 1.4 °C. Falls Sie sein Geräusch nicht stört, empfehle ich den Betrieb ohne L.N.A.-Adapter. Unter dem Einlegeboden lässt sich kein größerer Lüfter montieren; 60mm sind das Maximum.
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3 Lüfter Noctua NF-A4x20 wurden montiert, um durch Luftzirkulation die Hauptplatine des Druckers zu kühlen. Das ist sinnvoll, weil die ausgeblasene Luft 9 °C wärmer ist als die Luft im Schrank. Diese Lösung senkt das Risiko einer Überhitzung der inneren Druckerkomponenten.
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Die Auswirkungen der Lüfter auf den Geräuschpegel beschreibe ich weiter unten.
Geräuschmessung beim Betrieb des 3D-Druckers nach den Maßnahmen zur Geräuschminderung
Ich maß die Geräusche des laufenden Druckers mit einem Messgerät UNI-T UT353BT. Ich maß jeweils 10 Minuten lang und erfasste den Durchschnittswert. Während der Messungen hielt ich mich in einem anderen Raum auf. Das Messgerät übertrug die erfassten Geräuschpegel per Bluetooth an eine Smartphone-App.
Messergebnisse in 1 m Abstand:
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Druckmodus Standard: 36.5 dB(A)
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Druckmodus Standard mit 4 eingeschalteten Lüftern: 36.5 dB(A) (Geräuschpegel unverändert)
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Druckmodus Silent: 35.77 dB(A)
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Druckmodus Silent mit 4 eingeschalteten Lüftern: 36.17 dB(A) (+0.4 dB(A))
Messergebnisse in 2 m Abstand:
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Druckmodus Standard: 35.92 dB(A)
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Druckmodus Standard mit 4 eingeschalteten Lüftern: 36.32 dB(A) (+0.4 dB(A))
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Druckmodus Silent: 35.59 dB(A)
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Druckmodus Silent mit 4 eingeschalteten Lüftern: 36.17 dB(A) (+0.58 dB(A))
Der nächtliche Hintergrundgeräuschpegel in meiner Wohnung beträgt 35.30 dB(A).
Die beschriebenen Maßnahmen gegen die Geräusche des laufenden Druckers erzielten ein hervorragendes Ergebnis. Im schallgedämmten Schrank kann der Bambu Lab A1 im Standard-Modus mit voller Geschwindigkeit drucken. Die Schalldämmung funktioniert: Vom anderen Ende des Zimmers höre ich manchmal nicht einmal, ob der Drucker läuft, und muss hingehen und nachsehen.
Optimierung des Innenraums des schallgedämmten 3D-Drucker-Schranks
Nach einem halben Jahr mit dem schallgedämmten Schrank stellte ich fest, dass der Platz rechts vom Drucker nicht optimal genutzt wurde. Außerdem war der Wechsel der hinteren Filamentspulen am AMS Lite (Nummern 1 und 4) nicht besonders bequem.
Ich fand ein passendes Modell für eine Halterung der Hauptplatine und des drehbaren AMS Lite-Filamentzuführsystems (die Halterung schraubte ich mit 3.5x25mm-Schrauben an die Schrankdecke). Die Filamentspulen brachte ich an IKEA SKADIS-kompatiblen Paneelen unter.
So konnte ich den großen Rahmen entfernen, der zuvor als Ständer für das AMS Lite diente.
Auf dem frei gewordenen Platz konnte ich zusätzlich zur bereits vorhandenen Dry Box auf dem Regalboden hinter dem Drucker weitere Dry Boxes unterbringen (bei mir 1 Box für 2 Spulen + 2 Boxen für je 1 Spule, auf dem Foto unten zu sehen). Später wechselte ich zu 4 Boxen für je 1 Spule.
Das Einsetzen einer neuen Spule und ihr Anschluss an das AMS Lite wurden deutlich einfacher. Die drehbare Halterung an der Schrankdecke erleichtert die Wartung und ermöglicht es, das AMS Lite bei Bedarf leicht abzunehmen.
An den SKADIS-Paneelen montierte ich einen PTFE-Hub-Organizer mit Steckverbindern. Er ordnet nicht nur die PTFE-Schläuche und Filamentstränge, sondern ermöglicht bei Bedarf auch, Filament direkt aus der Dry Box zuzuführen, ohne dass es mit der Luft in Kontakt kommt.
Leicht abnehmbare Halterungen für Filamentspulen an den SKADIS-Paneelen machen spätere Umbauten einfach. Wenn Sie beispielsweise überwiegend Dry Boxes verwenden und nicht alle 4 Spulenplätze am SKADIS-Paneel benötigen, können Sie den freien Platz mit kleinen Regalen für Zubehör nutzen.
Für dieses Upgrade verwendete ich folgende Druckmodelle und Materialien:
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An der rechten Schrankwand befinden sich weiße, gedruckte Paneele, die mit 3.5x25mm-Schrauben befestigt und mit dem System IKEA SKADIS kompatibel sind (Link zum Modell). Zwei Reihen Paneele mit folgenden Maßen (Breite x Höhe):
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erste Reihe: 3x7, 11x9, 11x9
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zweite Reihe: 3x10, 11x10, 11x10
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Die Dry Box für zwei Spulen basiert auf einem Behälter IKEA 365+ 10.6L (Link zum Modell).
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Die Dry Box für 1 Spule basiert auf einem Vtopmart 4L Behälter (Link zum Modell).
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PTFE-Hub-Organizer mit 8 Steckverbindern (4 oben und 4 unten) (Link zum Modell).
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Spulenhalterung für das SKADIS-Paneel (parallel zum Paneel) (Link zum Modell).
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Spulenhalterung für das SKADIS-Paneel (senkrecht zum Paneel) (Link zum Modell).
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Halterung für das AMS Lite (Link zum Modell). Sie benötigen M3-Schrauben und Muttern; diese finden Sie hier.
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Aufsatz am AMS Lite zur Befestigung der PTFE-Schläuche auf der Filamentzufuhrseite. (Link zum Modell).
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Führungen für die PTFE-Schläuche zwischen AMS Lite und Drucker zum Schutz des AMS Lite-Mechanismus (Link zum Modell).
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Kugelführungen für Filament, mit denen sich der Filamentweg gut organisieren lässt (Link zum Modell)
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Halter für Sechskantschraubendreher (Link zum Modell)
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Halter für Steckschlüssel-Schraubendreher (Link zum Modell)
Durch die beschriebene Optimierung des Platzes wurde die Arbeit mit Drucker und AMS Lite deutlich einfacher. Ich empfehle Ihnen, diese Anpassung ebenfalls vorzunehmen.
Weitere nützliche Informationen
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Ich empfehle Ihnen die Seite über 3D-Druck. Dort finden Sie viele relevante Informationen und Links zu nützlichen Artikeln, Drucker-Upgrades und Zubehör.
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Wenn Sie gerade erst anfangen, öffnen Sie die Seite "3D-Druck-Schnellstart".
Auch die ausführlichen Informationen über Technologien und Standards für das Schnellladen über einen USB-Anschluss könnten für Sie nützlich sein.