Armario insonorizado para impresora 3D con muebles IKEA
Índice
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¿Por qué es necesaria la insonorización de una impresora 3D?
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Solución para insonorizar y reducir las vibraciones de la impresora 3D
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Ventilación del armario y refrigeración de los componentes electrónicos de la impresora 3D
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Medición del ruido de la impresora 3D tras aplicar las medidas de reducción del ruido
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Optimización del espacio interior del armario insonorizado para la impresora 3D
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Otra información útil
¿Por qué es necesaria la insonorización de una impresora 3D?
Instalé una Bambu Lab A1 en un armario de muebles de cocina estándar IKEA METOD, lo revestí con aislamiento acústico para automóviles y añadí ventilación silenciosa con ventiladores Noctua. El resultado fue de 36.5 dB(A) a 1 m al imprimir a plena velocidad, con un ruido de fondo en el piso de 35.3 dB(A). Como comparación, el fabricante anuncia 48 dB(A) en modo Silent sin armario.
Bambu Lab A1 es una impresora muy rápida y, al mismo tiempo, silenciosa (quizá la más silenciosa) en comparación con sus competidoras y los modelos superiores de Bambu Lab. El fabricante afirma que alcanza 48 dB(A) tras calibrar el ruido y las vibraciones de la impresora y activar el modo Silent.
En mi caso, la impresora está en una habitación habitable, por lo que su funcionamiento rápido y silencioso fue un factor decisivo para comprarla.
Es cierto que el modo Silent reduce notablemente el ruido durante la impresión, pero también reduce la velocidad de impresión en un 50%. Entre sus efectos positivos cabe destacar la mejora de la calidad de impresión.
El ventilador también hace bastante ruido al imprimir soportes.
Pero incluso en el modo Silent, el ruido de la impresora me resultó inaceptablemente alto: me distrae cuando leo o veo la televisión.
Una solución podría ser imprimir por la noche, con la puerta cerrada y en modo silencioso, pero resulta incómodo y no compré una impresora rápida para imprimir despacio. Por tanto, había que resolver el problema del ruido.
El uso de un recinto cerrado para la impresora también ofrece otras ventajas:
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Elimina las corrientes de aire que pueden perjudicar la calidad de impresión, reducir la adhesión y provocar deformación (warping)
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También ayuda a reducir la acumulación de polvo en la impresora, especialmente en el extrusor, que con el tiempo podría obstruirse y requerir una limpieza cold-pull, que no es precisamente sencilla.
Solución para insonorizar y reducir las vibraciones de la impresora 3D
A primera vista, la solución para insonorizarla es sencilla: colocar la impresora en un armario cerrado por todos los lados. El problema es que solo consideraba muebles estándar de IKEA, porque encargar un mueble específico para la impresora se salía de mi presupuesto.
También quería crear una solución que otra persona pudiera reproducir, así que debía usar muebles lo más estándar y accesibles posible.
Además, el armario tenía que ser compacto porque en mi piso queda muy poco espacio libre.
Elección del armario
Tras estudiar el catálogo de IKEA, descubrí que ninguno de sus armarios completamente cerrados servía por sus dimensiones (profundidad interior máxima de 53.5cm): la cama de impresión se mueve y también hay que dejar espacio detrás de la impresora para conectar los cables. Faltaban apenas unos centímetros. Colocar la impresora de lado en el armario (girarla 90 grados) habría dificultado su uso; además, necesitaba un lugar cercano para el sistema de impresión multicolor AMS Lite.
Una búsqueda en Reddit me llevó a una publicación con una idea muy acertada: utilizar muebles de una serie de cocinas IKEA METOD que es algo más profunda que los armarios estándar (en el mercado estadounidense se puede usar una serie muy similar SEKTION, algo más estrecha, pero con la misma profundidad). La desventaja de utilizar muebles bajos de cocina para este fin es que los armarios de la serie IKEA METOD no tienen «techo». Están diseñados para llevar encima una encimera a medida, que además de cara tarda en fabricarse.
Sin embargo, las dimensiones del armario (80x60x80cm, profundidad interior de 58cm) eran ideales para mi propósito, así que lo elegí como base del futuro armario insonorizado.
Elegí puertas de cristal IKEA ENKÖPING (40x80cm) para poder observar el proceso de impresión.
También compré 2 juegos de 2 bisagras IKEA UTRUSTA de 110° y 1 juego de 2 tiradores de acero IKEA KALLRÖR de 213mm (se instalan perforando las puertas).
Para conseguir la máxima insonorización, no bastaba con instalar el armario. Por eso compré también 6 láminas de 70x50cm de aislante acústico para automóviles de caucho butílico (Alubutyl), con las que revestí todas las superficies del armario, incluidas las puertas, excepto el cristal.
Además, para reducir el ruido de baja frecuencia y las vibraciones, coloqué bajo la impresora una estructura sándwich de dos materiales de distinta densidad: caucho prensado y espuma. La envolví en una lámina gruesa porque el caucho desprendía olor.
Se considera más eficaz para la insonorización colocar la parte más densa de esa estructura hacia arriba.
Resolví el problema del «techo» del armario instalando la puerta lisa más sencilla IKEA VEDDINGE (60x80cm), que encajaba perfectamente por sus dimensiones. La atornillé con 4 tornillos (12-15mm) a los raíles metálicos del armario, que ya tenían orificios para fijar el tablero superior.
Además del armario, compré un juego de 2 baldas IKEA UTRUSTA (80x60cm) e instalé una dentro, en la parte inferior. Así elevé la impresora, lo que facilitó su uso y creó un compartimento para guardar accesorios y filamento, además de ocultar los cables.
Puse la segunda balda en el suelo para mejorar la insonorización y elevar un poco todo el armario.
Para mejorar aún más la insonorización, utilicé un material no tejido IKEA STOPP FILT: puse una capa en el suelo, otra entre la balda apoyada en el suelo y el armario, y otra sobre la balda interior.
También coloqué una lámina adicional de aislante acústico para automóviles entre la balda del suelo y el armario.
Giré 180° el panel trasero del armario (con los huecos cuadrados hacia abajo) para ocultar esos dos huecos detrás de la balda y usarlos para pasar el cable de alimentación.
Otro elemento de insonorización es una junta de goma TESA de perfil E colocada en el perímetro del armario, en el lado de las puertas, para eliminar los huecos entre las puertas y el armario. Utilicé 3 m de perfil doble.
Qué hay dentro del armario
Además de la impresora Bambu Lab A1 y AMS Lite, en la foto siguiente se pueden ver estos elementos dentro del armario:
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Un marco rectangular blanco de plástico sobre el que se apoya AMS Lite (enlace al modelo)
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Un soporte gris de perfil bajo para AMS Lite (enlace al modelo) en lugar del original.
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Una dry box para dos bobinas (situada debajo de AMS Lite, dentro del marco). La dry box está hecha a partir de un recipiente IKEA 365+ 10.6L (enlace al modelo).
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A la izquierda de la impresora hay paneles blancos que imprimí y fijé a la pared del armario con tornillos de 3.5x25mm, compatibles con el sistema IKEA SKADIS (enlace al modelo). Dos filas de paneles con estas dimensiones (anchura x altura):
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primera fila: 3x7, 11x9, 11x9
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segunda fila: 6x11, 5x11, 7x11
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En la parte inferior izquierda de la impresora hay una pequeña cesta para recoger los residuos de impresión que no tapa las rejillas de ventilación de la carcasa (enlace al modelo)
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Detrás de la impresora instalé una balda (enlace al modelo) sobre la que coloqué una dry box para una bobina hecha a partir de un recipiente Vtopmart de 4L (enlace al modelo). También se puede colocar en esta balda un secador activo Sunlu S2, o ponerlo sobre la balda principal del armario, delante de la dry box para dos bobinas.
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También pegué a la pared, detrás de la impresora, un cuadrado de lámina de PTFE blanca para reducir la fricción del cable que conecta la impresora y el hotbed contra la pared del armario.
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Los recipientes para accesorios pequeños están colocados en un panel compatible con IKEA SKADIS (enlace al modelo).
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Adaptadores para AMS Lite para bobinas SUNLU/JAYO de dos tipos: para bobinas desmontables y no desmontables .
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En la esquina superior izquierda del cristal de la puerta del armario instalé un termohigrómetro Xiaomi. Es un modelo de gran calidad con aplicación móvil. Instalo estos termohigrómetros en todas mis dry boxes y controlo la humedad con la aplicación Mi Home, que guarda el historial de valores y permite ver su evolución. Las mediciones de temperatura muestran que, durante la impresión, la temperatura dentro del armario no superó los 39 °C en verano ni los 31 °C en invierno. La diferencia máxima entre la temperatura de la habitación y la del armario fue de 13 °C.
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Para iluminarlo, instalé una tira de diodos luminosos (LED) (4000K 90CRI) de 40cm de longitud. La tira se alimenta con tres baterías Li-Ion conectadas en serie, Liitokala 18650 con protección BMS integrada. Las baterías están colocadas en un portabaterías. Como alternativa, conecto un conjunto de 4 baterías AA con un módulo elevador de tensión a 12V (boost). La luz se enciende pulsando un botón intercalado en el circuito entre la tira LED y la fuente de alimentación. La tira LED está montada sobre dos perfiles inclinados a 45° (enlace al modelo). Imprimí los perfiles en PETG, porque el PLA se ablanda al aumentar la temperatura y no sirve para este uso. Tuve que modificar el modelo original de los perfiles (fijé la altura en 12mm y la anchura en 12mm) porque la tira LED entraba demasiado ajustada en sus ranuras.
En el exterior del armario (a la derecha) instalé un soporte para las superficies de impresión (enlace al modelo).
Encima del armario (se ve en la primera foto, al principio del artículo) instalé 2 soportes para bobinas con capacidad para 6 bobinas cada uno; también se pueden colocar otras 6 bobinas encima de cada soporte (enlace al modelo).
Ventilación del armario y refrigeración de los componentes electrónicos de la impresora 3D
Aunque durante la impresión, incluso en sesiones largas de más de 9 horas, la temperatura del armario insonorizado no superó la de la habitación en más de 13 °C, decidí mejorar su diseño con estos cambios:
Ventiladores
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Instalé un ventilador Noctua NF-A6x25 (60x25mm 12V) en el orificio de la esquina inferior izquierda del armario, después de ampliarlo. Monté el ventilador en una plataforma (enlace al modelo). Fijé el ventilador a la plataforma con 2 tornillos M3x12mm. Usé 2 tornillos en lugar de 4 para colocar la plataforma pegada a la pared, sin huecos por los que pudiera pasar el aire.
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Instalé 3 ventiladores Noctua NF-A4x20 (40x20mm 12V) en la carcasa de la impresora, junto a sus aberturas de ventilación: uno para introducir aire (a la derecha) y dos para expulsarlo (a la izquierda). Las aberturas de ventilación de la izquierda son más anchas, por eso instalé allí 2 ventiladores. Elegí el lado izquierdo para expulsar el aire con el fin de evitar que se aspiren residuos de impresión, ya que la cesta de residuos está a ese lado y allí se limpia la boquilla. Los ventiladores se atornillan (utilicé los tornillos autorroscantes incluidos en sus cajas) a una plataforma (enlace al modelo) que, a su vez, se fija a la impresora. Al ventilador de entrada de aire (a la derecha de la impresora) le añadí una cubierta protectora (enlace al modelo) fijada con 4 tornillos M3x10mm. Para instalar los dos ventiladores de la izquierda tuve que reducir el tamaño de la cesta de residuos. El modelo modificado correspondiente está publicado en un perfil independiente aquí.
Elegí ventiladores Noctua por su alto rendimiento y, sobre todo, por su bajo nivel de ruido, un factor decisivo en este proyecto de insonorización de la impresora.
Cuando funciona a plena potencia, el Noctua NF-A4x20 es completamente inaudible con las puertas del armario cerradas y la impresora en marcha; en cambio, el sonido del Noctua NF-A6x25 se percibe porque expulsa el aire fuera del armario. Para reducir el ruido del Noctua NF-A6x25 lo conecté mediante el adaptador L.N.A. (Low Noise Adapter) incluido con el ventilador. El adaptador L.N.A. reduce la potencia, las revoluciones (y el rendimiento) aproximadamente en 1/3, pero disminuye notablemente el ruido. Así pude mantener el mismo nivel de ruido que antes de instalar los ventiladores a 1 m del armario: 36.5 dB(A). A 2 m, el aumento fue de solo 0.4 dB(A) respecto a la configuración sin ventiladores: 36.32 dB(A).
Alimentación y encendido automático
Todos los ventiladores están conectados entre sí mediante adaptadores en Y y un cable alargador. Todos los cables y adaptadores necesarios venían con los ventiladores. Si no piensa usar ventiladores Noctua, quizá necesite adaptadores y cables alargadores.
Los ventiladores reciben alimentación de 12V de un adaptador AC-DC.
También utilicé un adaptador DC 5521para conectar los ventiladores al adaptador AC-DC.
Para que los ventiladores se enciendan cuando más se necesitan, al aumentar la temperatura, trasladé el termohigrómetro Xiaomi Mijia Bluetooth 2 que estaba instalado en el cristal del armario frente a los ventiladores de extracción y, mediante la aplicación Mi Home, lo vinculé a un enchufe inteligente Xiaomi Smart Plug 2 Wi-Fi al que está conectado el mencionado adaptador AC-DC de alimentación mediante estas automatizaciones:
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al alcanzar una temperatura de 33 grados, encender el enchufe inteligente
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al alcanzar una temperatura de 32 grados, apagar el enchufe inteligente
Así, los ventiladores solo se encienden cuando se alcanza la temperatura establecida, lo que ocurre mientras funciona la impresora. Gracias a la condición de apagado, tampoco hay que preocuparse por apagarlos al terminar la impresión y enfriarse el aire cerca de la impresora. Determiné empíricamente esas temperaturas de encendido y apagado para mis condiciones concretas. En su caso pueden ser distintas, porque dependen del aislamiento térmico del armario, la posición de los ventiladores y el termómetro, las condiciones de impresión y el termistor del termómetro.
Además, las amplias opciones de configuración de automatizaciones para los dispositivos inteligentes Xiaomi permiten programar el encendido y apagado, controlarlos a distancia y consultar la humedad y la temperatura en la aplicación Mi Home.
El consumo total medido de los ventiladores a 12V fue de 1.7W, de los cuales:
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Noctua NF-A4x20 - 0.4W x3
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Noctua NF-A6x25 - 0.5W (conectado mediante un adaptador L.N.A. para reducir las revoluciones y, por tanto, el ruido)
Conclusiones sobre la ventilación:
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El ventilador que expulsa el aire del armario Noctua NF-A6x25 funcionando a potencia reducida y con menos ruido (adaptador L.N.A.) reduce la temperatura general dentro del armario en 1.4 °C. Si el ruido de este ventilador no le molesta, recomiendo usarlo sin el adaptador L.N.A. No cabe un ventilador más grande debajo de la balda: 60mm es el máximo.
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Los 3 ventiladores Noctua NF-A4x20 se instalaron para refrigerar la placa base de la impresora mediante la circulación de aire. Tiene sentido instalarlos porque el aire expulsado está 9 °C más caliente que el aire dentro del armario. Esta solución reduce claramente el riesgo de sobrecalentamiento de los componentes internos de la impresora.
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Los resultados sobre el cambio del nivel de ruido tras instalar los ventiladores se describen más abajo.
Medición del ruido de la impresora 3D tras aplicar las medidas de reducción del ruido
Medí el ruido de la impresora en funcionamiento con un UNI-T UT353BT. Las mediciones se hicieron en intervalos de 10 minutos y se registró el valor medio. Durante las mediciones estuve en otra habitación. Los valores de ruido registrados por el medidor se transmitieron por Bluetooth a una aplicación del teléfono.
Resultados de las mediciones a 1 m:
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modo de impresión estándar: 36.5 dB(A)
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modo de impresión estándar con los 4 ventiladores encendidos: 36.5 dB(A) (nivel de ruido sin cambios)
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modo de impresión silencioso: 35.77 dB(A)
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modo de impresión silencioso con los 4 ventiladores encendidos: 36.17 dB(A) (+0.4 dB(A))
Resultados de las mediciones a 2 m:
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modo de impresión estándar: 35.92 dB(A)
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modo de impresión estándar con los 4 ventiladores encendidos: 36.32 dB(A) (+0.4 dB(A))
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modo de impresión silencioso: 35.59 dB(A)
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modo de impresión silencioso con los 4 ventiladores encendidos: 36.17 dB(A) (+0.58 dB(A))
El nivel de ruido de fondo en el piso por la noche es de 35.30 dB(A).
Por tanto, las medidas descritas para reducir el ruido de la impresora en funcionamiento dieron un resultado excelente. Dentro de este armario insonorizado, la impresora Bambu Lab A1 puede imprimir en modo estándar a plena velocidad. La insonorización cumple su función: desde el otro extremo de la habitación, a veces ni siquiera se oye si la impresora está funcionando, así que tengo que acercarme para comprobarlo.
Optimización del espacio interior del armario insonorizado para la impresora 3D
Después de medio año usando el armario insonorizado, llegué a la conclusión de que el espacio a la derecha de la impresora no se aprovechaba bien. Además, cambiar las bobinas de filamento más alejadas en AMS Lite (las posiciones 1 y 4) no era muy cómodo.
Encontré un modelo adecuado de soporte para la placa base y para montar el sistema de alimentación de filamento AMS Lite, que además puede girar (atornillé el soporte al techo del armario con tornillos de 3.5x25mm). Coloqué las bobinas de filamento en paneles compatibles con IKEA SKADIS.
Esta disposición me permitió eliminar el gran marco que servía de soporte para AMS Lite.
El espacio liberado me permitió colocar más dry boxes (en mi caso, 1 caja para 2 bobinas y 2 cajas para 1 bobina cada una, visibles en la foto de abajo), además de la dry box que ya tenía en la balda detrás de la impresora. Más adelante pasé a usar 4 cajas para 1 bobina cada una.
Se simplificó mucho la instalación de una bobina nueva y su conexión a AMS Lite. Además, el soporte giratorio del techo facilita el mantenimiento y permite retirar AMS Lite fácilmente cuando hace falta.
En los paneles SKADIS instalé un organizador de conexiones PTFE con racores que, además de poner orden en los tubos y las hebras de filamento, permite, cuando es necesario, alimentar el filamento directamente desde la dry box sin que entre en contacto con el aire.
Los soportes para bobinas fáciles de desmontar de los paneles SKADIS permiten reorganizar y optimizar el espacio más adelante. Por ejemplo, si usa sobre todo dry boxes y no necesita las 4 bobinas del panel SKADIS, puede aprovechar el espacio libre para colocar estantes para accesorios.
Modelos impresos y materiales utilizados en esta mejora:
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En la pared derecha del armario hay paneles blancos impresos, fijados con tornillos de 3.5x25mm y compatibles con el sistema IKEA SKADIS (enlace al modelo). Dos filas de paneles con las siguientes dimensiones (anchura x altura):
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primera fila: 3x7, 11x9, 11x9
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segunda fila: 3x10, 11x10, 11x10
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Dry box para dos bobinas hecha a partir de un recipiente IKEA 365+ 10.6L (enlace al modelo).
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Dry box para 1 bobina hecha a partir de un recipiente Vtopmart de 4L (enlace al modelo).
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Organizador de conexiones de PTFE con 8 racores (4 arriba y 4 abajo) (enlace al modelo).
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Soporte para bobinas para un panel SKADIS (paralelo al panel) (enlace al modelo).
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Soporte para bobinas para un panel SKADIS (perpendicular al panel) (enlace al modelo).
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Soporte para AMS Lite (enlace al modelo). Necesitará tornillos y tuercas M3; puede encontrarlos aquí.
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Accesorio para AMS Lite para fijar los tubos de PTFE por el lado de alimentación del filamento (enlace al modelo).
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Guías para los tubos de PTFE que unen AMS Lite y la impresora y protegen el mecanismo de AMS Lite (enlace al modelo).
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Guías esféricas para filamento que permiten organizar cómodamente su recorrido (enlace al modelo)
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Soporte para destornilladores hexagonales (enlace al modelo)
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Soporte para destornilladores de vaso (enlace al modelo)
La optimización del espacio descrita facilitó mucho el trabajo con la impresora y AMS Lite; también le recomiendo hacerla.
Otra información útil
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