Armadio insonorizzato per stampante 3D con mobili IKEA
Indice
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Perché insonorizzare una stampante 3D?
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Soluzione per l'insonorizzazione e la riduzione delle vibrazioni della stampante 3D
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Ventilazione dell'armadio e raffreddamento dei componenti elettronici della stampante 3D
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Misurazione del rumore della stampante 3D dopo gli interventi di riduzione del rumore
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Ottimizzazione dello spazio interno dell'armadio insonorizzato per la stampante 3D
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Altre informazioni utili
Perché insonorizzare una stampante 3D?
Ho collocato una Bambu Lab A1 in un armadio realizzato con mobili da cucina standard IKEA METOD, l'ho rivestito con materiale fonoisolante per auto e ho aggiunto una ventilazione silenziosa con ventole Noctua. Il risultato è stato di 36.5 dB(A) a 1 m di distanza durante la stampa a piena velocità, con un rumore di fondo nell'appartamento di 35.3 dB(A). Per confronto, il produttore dichiara 48 dB(A) in modalità Silent senza armadio.
Bambu Lab A1 è una stampante molto veloce e allo stesso tempo silenziosa (se non la più silenziosa) rispetto alle concorrenti e ai modelli superiori di Bambu Lab. Il produttore dichiara un livello di 48 dB(A) dopo la calibrazione acustica e delle vibrazioni della stampante e l'attivazione della modalità Silent.
Nel mio caso la stampante si trova in una stanza abitata, quindi il funzionamento silenzioso e veloce è stato un fattore decisivo per l'acquisto.
In effetti, la modalità Silent riduce sensibilmente il rumore durante la stampa, ma riduce anche la velocità di stampa del 50%. Tra gli effetti positivi va segnalato il miglioramento della qualità di stampa.
Inoltre, durante la stampa dei supporti la ventola è piuttosto rumorosa.
Ma anche in modalità Silent il rumore della stampante si è rivelato troppo alto per me: mi distrae dalla lettura e dalla televisione.
Una soluzione sarebbe stampare di notte, dietro una porta chiusa, in modalità Silent, ma è scomodo e non ho acquistato una stampante veloce per stampare lentamente. Il problema del rumore richiede quindi una soluzione.
L'uso di un box chiuso per la stampante offre anche questi vantaggi:
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Elimina le correnti d'aria, che possono compromettere la qualità di stampa riducendo l'adesione e causando il warping
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Aiuta anche a ridurre l'accumulo di polvere sulla stampante, soprattutto sull'estrusore, che col tempo potrebbe ostruirsi e richiedere una pulizia cold-pull, tutt'altro che semplice.
Soluzione per l'insonorizzazione e la riduzione delle vibrazioni della stampante 3D
A prima vista, la soluzione per insonorizzare è semplice: collocare la stampante in un armadio separato, chiuso su tutti i lati. Il problema è che prendevo in considerazione soltanto mobili IKEA standard, perché far realizzare un mobile appositamente per la stampante avrebbe superato il mio budget.
Volevo anche creare una soluzione che altre persone potessero replicare, quindi dovevo usare elementi d'arredo il più possibile standard e facilmente reperibili.
L'armadio doveva inoltre essere compatto, perché nel mio appartamento lo spazio libero è molto limitato.
Scelta dell'armadio
Dopo aver esaminato il catalogo IKEA, ho scoperto che nessuno degli armadi completamente chiusi era adatto alle dimensioni (profondità interna massima di 53.5cm): il piano della stampante si muove e serve anche spazio dietro la macchina per collegare i cavi. Mancavano letteralmente pochi centimetri. Orientare la stampante lungo l'armadio, ruotandola di 90 gradi, avrebbe reso scomodo utilizzarla; inoltre, dovevo collocare nelle vicinanze anche il sistema AMS Lite per la stampa multicolore.
Una ricerca su Reddit mi ha portato a un post con un'ottima idea: usare mobili della serie da cucina IKEA METOD che sono appunto un po' più profondi degli armadi standard (per il mercato statunitense si può usare una serie molto simile SEKTION, leggermente più stretta ma della stessa profondità). Lo svantaggio dei mobili da cucina a pavimento per questo scopo è l'assenza di un "tetto" negli armadi della serie IKEA METOD. Questi armadi prevedono infatti l'installazione di un piano di lavoro unico su misura, una soluzione non solo costosa, ma anche lenta da realizzare (richiede una produzione personalizzata).
Le dimensioni dell'armadio (80x60x80cm, profondità interna 58cm), però, erano perfette per il mio scopo, quindi l'ho scelto come base del futuro armadio insonorizzato.
Per l'armadio ho scelto ante in vetro IKEA ENKÖPING (40x80cm) per poter osservare la stampa.
Ho acquistato a parte 2 confezioni da 2 cerniere per ante IKEA UTRUSTA da 110° e 1 confezione con 2 maniglie in acciaio IKEA KALLRÖR da 213mm (si montano forando le ante).
Per ottenere il massimo isolamento acustico, l'armadio da solo non bastava, quindi ho acquistato anche 6 fogli da 70x50cm di materiale fonoisolante per auto in gomma butilica (Alubutyl), con cui ho rivestito tutte le superfici dell'armadio, comprese le ante, tranne il vetro.
Inoltre, per ridurre il rumore a bassa frequenza e le vibrazioni, ho collocato sotto la stampante un sandwich composto da due materiali di diversa densità: gomma compressa e spugna espansa. Ho avvolto il sandwich in una pellicola spessa perché la gomma emanava odore.
Si ritiene più efficace, per l'isolamento acustico, disporre il sandwich con il lato più denso verso l'alto.
Ho risolto il problema del "tetto" dell'armadio montando l'anta più semplice, senza rilievi IKEA VEDDINGE (60x80cm), che aveva le dimensioni perfette. L'ho fissata con 4 viti (12-15mm) alle guide metalliche dell'armadio, che avevano già i fori per avvitare il piano superiore.
Per completare l'armadio ho preso una confezione da 2 ripiani IKEA UTRUSTA (80x60cm) e ne ho montato uno in basso, all'interno. In questo modo ho rialzato la stampante, rendendola più comoda da usare, e ho ricavato un vano per riporre accessori e filamento e nascondere i cavi.
Ho appoggiato il secondo ripiano sul pavimento per migliorare l'isolamento acustico e rialzare leggermente tutto l'armadio.
Per migliorare ulteriormente l'isolamento acustico ho usato un materiale non tessuto IKEA STOPP FILT, posandone uno strato sul pavimento, un altro tra il ripiano appoggiato a terra e l'armadio e un altro ancora sul ripiano interno.
Ho anche aggiunto 1 foglio di materiale fonoisolante per auto tra il ripiano a terra e l'armadio.
Ho ruotato di 180° il pannello posteriore dell'armadio (con le aperture quadrate rivolte verso il basso), così da nascondere le due aperture dietro il ripiano e usarle per far passare il cavo di alimentazione.
Un altro elemento per l'isolamento acustico è una guarnizione in gomma TESA con profilo a E applicata lungo il perimetro dell'armadio sul lato delle ante, per eliminare gli spazi tra ante e struttura. Ho usato 3 m di profilo doppio.
Cosa contiene l'armadio
All'interno dell'armadio, oltre alla stampante Bambu Lab A1 e ad AMS Lite, nella fotografia qui sotto si possono vedere i seguenti oggetti:
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Una struttura rettangolare di plastica bianca su cui poggia AMS Lite (link al modello)
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Un supporto grigio ribassato per AMS Lite (link al modello) al posto di quello originale.
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Una dry box per due bobine (si trova sotto AMS Lite, all'interno della struttura). La dry box è realizzata con un contenitore IKEA 365+ 10.6L (link al modello).
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A sinistra della stampante ho montato pannelli bianchi stampati e fissati alla parete dell'armadio con viti da 3.5x25mm, compatibili con il sistema IKEA SKADIS (link al modello). Due file di pannelli delle seguenti dimensioni (larghezza x altezza):
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prima fila: 3x7, 11x9, 11x9
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seconda fila: 6x11, 5x11, 7x11
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In basso, a sinistra della stampante, c'è un contenitore compatto per gli scarti di stampa, che non copre le aperture di ventilazione del telaio (link al modello)
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Dietro la stampante ho montato un ripiano (link al modello), su cui si trova una dry box per 1 bobina ricavato da un Vtopmart 4L contenitore (link al modello). Su questo ripiano si può collocare anche un essiccatore attivo Sunlu S2, oppure si può posizionare l'essiccatore sul ripiano principale dell'armadio, davanti alla dry box per 2 bobine.
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Sempre dietro la stampante ho incollato alla parete un quadrato di pellicola bianca in PTFE per ridurre l'attrito del cavo che collega la stampante all'hotbed contro la parete dell'armadio.
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I contenitori per i piccoli accessori sono montati su un pannello compatibile con IKEA SKADIS (link al modello).
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Adattatori per AMS Lite per bobine SUNLU/JAYO di due tipi: per bobine smontabili e non smontabili .
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Sul vetro dell'anta dell'armadio, nell'angolo in alto a sinistra, ho installato un termometro-igrometro Xiaomi. È un ottimo modello di qualità, dotato di app. Uso questi igrometri in tutte le mie dry box e controllo l'umidità tramite l'app Mi Home, che conserva lo storico dei valori e permette di seguirne l'andamento. Le misurazioni mostrano che durante la stampa la temperatura all'interno dell'armadio non ha superato i 39 °C in estate e i 31 °C in inverno. La differenza massima tra la temperatura della stanza e quella dell'armadio è stata di 13 °C.
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Per illuminare l'interno ho installato una striscia luminosa a LED (4000K 90CRI) lunga 40cm. La striscia è alimentata da tre batterie Li-Ion collegate in serie, Liitokala 18650 con protezione BMS integrata. Le batterie sono inserite in un portabatterie. In alternativa, collego un gruppo di 4 batterie AA con un modulo elevatore di tensione a 12V (boost). La luce si accende premendo un pulsante inserito nel circuito tra la striscia LED e l'alimentazione. La striscia LED è montata su due guide inclinate di 45° (link al modello). Ho stampato le guide in PETG perché il PLA non è adatto: si ammorbidisce quando la temperatura aumenta. Ho dovuto modificare il modello originale delle guide (altezza 12mm e larghezza 12mm), perché la striscia LED entrava nelle scanalature con troppa difficoltà.
All'esterno dell'armadio, sulla destra, ho montato un supporto per i piatti di stampa (link al modello).
Sopra l'armadio (visibili nella prima foto all'inizio dell'articolo) ho montato 2 supporti per bobine, ciascuno da 6 bobine; sopra ciascuno si possono sistemare altre 6 bobine (link al modello).
Ventilazione dell'armadio e raffreddamento dei componenti elettronici della stampante 3D
Sebbene durante la stampa, anche per oltre 9 ore, la temperatura nell'armadio insonorizzato non abbia superato quella della stanza di più di 13 °C, ho deciso di migliorare il progetto dell'armadio con le seguenti modifiche:
Ventole
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ho installato una ventola Noctua NF-A6x25 (60x25mm 12V) sull'apertura nell'angolo inferiore sinistro dell'armadio, dopo averla allargata. La ventola è montata su una piattaforma (link al modello). Ho fissato la ventola alla piattaforma con 2 bulloni M3x12mm. Ho usato 2 bulloni invece di 4 per poter collocare la piattaforma a filo della parete, senza fessure per l'aria.
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ho montato 3 ventole Noctua NF-A4x20 (40x20mm 12V) sul telaio della stampante, in corrispondenza delle aperture di ventilazione. Una immette aria (a destra) e due la espellono (a sinistra). Le aperture a sinistra sono più larghe, quindi lì ho montato 2 ventole. Ho collocato le ventole di estrazione a sinistra per evitare che aspirino gli scarti di stampa: è proprio a sinistra che si trovano il contenitore degli scarti e il punto in cui viene pulito l'ugello. Le ventole si avvitano (ho usato le viti autofilettanti incluse nelle confezioni) a una piattaforma (link al modello) che a sua volta si fissa alla stampante. Sulla ventola che immette aria (a destra della stampante) ho montato una griglia protettiva (link al modello) fissata con 4 bulloni M3x10mm. L'installazione delle due ventole a sinistra ha richiesto di ridurre le dimensioni del contenitore degli scarti. Il modello modificato è pubblicato qui in un profilo separato.
Ho scelto le ventole Noctua per le loro prestazioni elevate e, cosa molto importante, per la loro bassa rumorosità. Il basso rumore è un fattore decisivo per questo progetto di insonorizzazione della stampante.
Quando funzionano alla massima potenza, le Noctua NF-A4x20 non si sentono affatto con le ante dell'armadio chiuse e la stampante in funzione, mentre si può percepire il rumore della Noctua NF-A6x25 perché espelle l'aria all'esterno dell'armadio. Per ridurre il rumore della Noctua NF-A6x25 l'ho collegata tramite l'adattatore L.N.A. (Low Noise Adapter) fornito con la ventola. L'adattatore L.N.A. riduce la potenza, la velocità di rotazione (e le prestazioni) di circa 1/3, ma abbassa sensibilmente il rumore. A 1 m dall'armadio il livello è così rimasto uguale a quello precedente all'installazione delle ventole, pari a 36.5 dB(A); a 2 m è aumentato soltanto di 0.4 dB(A) rispetto alla configurazione senza ventole, raggiungendo 36.32 dB(A).
Alimentazione e accensione automatica
Tutte le ventole sono collegate tra loro con adattatori a Y e una prolunga. Tutti i cavi e gli adattatori necessari erano inclusi nelle confezioni delle ventole. Se non intendete usare ventole Noctua, potreste aver bisogno di adattatori e prolunghe.
Le ventole sono alimentate a 12V da un adattatore AC-DC.
Ho usato anche un adattatore DC 5521, per collegare le ventole all'adattatore AC-DC.
Per fare in modo che le ventole si accendano quando servono di più, all'aumentare della temperatura, ho spostato il termometro-igrometro Xiaomi Mijia Bluetooth 2 precedentemente montato sul vetro dell'armadio davanti alle ventole di estrazione e l'ho associato nell'app Mi Home a una presa intelligente Xiaomi Smart Plug 2 Wi-Fi a cui è collegato il suddetto adattatore AC-DC di alimentazione, usando questi scenari:
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quando la temperatura raggiunge 33 gradi - accendere la presa intelligente
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quando la temperatura raggiunge 32 gradi - spegnere la presa intelligente
In questo modo le ventole si accendono solo quando viene raggiunta la temperatura impostata, cioè durante il funzionamento della stampante. Grazie alla condizione di spegnimento, si spengono dopo la stampa, quando l'aria vicino alla stampante si raffredda. Ho determinato empiricamente questi valori di accensione e spegnimento per le mie condizioni specifiche. Nel vostro caso potrebbero essere diversi, perché dipendono dall'isolamento termico dell'armadio, dalla posizione delle ventole e del termometro, dalle condizioni di stampa e dal termistore all'interno del termometro.
Inoltre, grazie alle numerose opzioni per configurare gli scenari dei dispositivi intelligenti Xiaomi, si può creare uno scenario che accenda e spenga le ventole secondo un programma, controllarle a distanza e monitorare umidità e temperatura dall'app Mi Home.
La potenza totale misurata delle ventole a 12V è stata di 1.7W, di cui:
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Noctua NF-A4x20 - 0.4W x3
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Noctua NF-A6x25 - 0.5W (collegata tramite l'adattatore L.N.A. per ridurre la velocità di rotazione e quindi il rumore)
Conclusioni sulla ventilazione:
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Il funzionamento della ventola che espelle l'aria dall'armadio Noctua NF-A6x25 a potenza ridotta e con rumore ridotto (adattatore L.N.A.) abbassa la temperatura complessiva all'interno dell'armadio di 1.4 °C. Se il rumore della ventola non vi disturba, consiglio di usarla senza l'adattatore L.N.A. Non è possibile montare una ventola più grande sotto il ripiano: 60mm è il massimo.
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Le 3 ventole Noctua NF-A4x20 sono montate per raffreddare la scheda madre della stampante, facendo circolare l'aria. L'installazione di queste ventole ha senso perché l'aria espulsa è più calda di 9 °C rispetto all'aria all'interno dell'armadio. Questa soluzione riduce senz'altro il rischio di surriscaldamento dei componenti interni della stampante.
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Le conclusioni sulla variazione del rumore dopo l'installazione delle ventole sono riportate più avanti.
Misurazione del rumore della stampante 3D dopo gli interventi di riduzione del rumore
Ho misurato il rumore della stampante in funzione con uno strumento UNI-T UT353BT. Ho effettuato le misurazioni in intervalli di 10 minuti e registrato il valore medio. Durante le misurazioni mi trovavo in un'altra stanza. I valori rilevati dallo strumento venivano trasmessi via Bluetooth a un'app sullo smartphone.
Risultati delle misurazioni a 1 m di distanza:
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modalità di stampa Standard: 36.5 dB(A)
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modalità di stampa Standard con 4 ventole accese: 36.5 dB(A) (livello di rumore invariato)
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modalità di stampa Silent: 35.77 dB(A)
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modalità di stampa Silent con 4 ventole accese: 36.17 dB(A) (+0.4 dB(A))
Risultati delle misurazioni a 2 m di distanza:
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modalità di stampa Standard: 35.92 dB(A)
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modalità di stampa Standard con 4 ventole accese: 36.32 dB(A) (+0.4 dB(A))
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modalità di stampa Silent: 35.59 dB(A)
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modalità di stampa Silent con 4 ventole accese: 36.17 dB(A) (+0.58 dB(A))
Il livello del rumore di fondo nell'appartamento di notte è di 35.30 dB(A).
Gli interventi descritti sopra per ridurre il rumore della stampante in funzione hanno quindi dato un ottimo risultato. Nell'armadio insonorizzato, la Bambu Lab A1 può stampare a piena velocità in modalità Standard. L'isolamento acustico funziona: dall'altra parte della stanza a volte non si sente nemmeno se la stampante è in funzione, perciò devo avvicinarmi a controllare.
Ottimizzazione dello spazio interno dell'armadio insonorizzato per la stampante 3D
Dopo sei mesi di utilizzo dell'armadio insonorizzato, mi sono reso conto che lo spazio a destra della stampante non era sfruttato al meglio e che sostituire le bobine di filamento più lontane su AMS Lite (numeri 1 e 4) era poco comodo.
Ho trovato un modello adatto di supporto rotante per la scheda madre e il sistema di alimentazione del filamento AMS Lite (ho fissato il supporto al soffitto dell'armadio con viti da 3.5x25mm) e ho sistemato le bobine di filamento su pannelli compatibili con IKEA SKADIS.
Questa disposizione mi ha permesso di eliminare la grande struttura che fungeva da supporto per AMS Lite.
Lo spazio liberato mi ha permesso di aggiungere altre dry box (nel mio caso 1 box per 2 bobine + 2 box da 1 bobina ciascuno, visibili nella foto qui sotto), oltre alla dry box che si trovava già sul ripiano dietro la stampante. In seguito sono passato a 4 box da 1 bobina ciascuno.
È diventato molto più facile installare una nuova bobina e collegarla ad AMS Lite; inoltre, il supporto rotante sul soffitto dell'armadio semplifica la manutenzione e consente di rimuovere facilmente AMS Lite quando serve.
Sui pannelli SKADIS ho montato un hub organizer PTFE con raccordi, che non solo aiuta a mettere ordine tra i tubi e i fili di filamento, ma, se necessario, consente anche di alimentare il filamento direttamente dalla dry box senza esporlo all'aria.
L'uso di supporti per bobine facilmente rimovibili sui pannelli SKADIS lascia libertà per future modifiche e ottimizzazioni. Se, per esempio, usate soprattutto dry box e non vi servono tutte e 4 le bobine sul pannello SKADIS, potete usare lo spazio libero per ripiani porta accessori.
Modelli stampati e materiali usati per questo aggiornamento:
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Sulla parete destra dell'armadio ho montato pannelli bianchi stampati e fissati con viti da 3.5x25mm, compatibili con il sistema IKEA SKADIS (link al modello). Due file di pannelli delle seguenti dimensioni (larghezza x altezza):
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prima fila: 3x7, 11x9, 11x9
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seconda fila: 3x10, 11x10, 11x10
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Dry box per due bobine ricavato da un contenitore IKEA 365+ 10.6L (link al modello).
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Dry box per 1 bobina ricavato da un Vtopmart 4L contenitore (link al modello).
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Hub organizer PTFE con 8 raccordi (4 in alto e 4 in basso) (link al modello).
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Supporto per bobine per pannello SKADIS (parallelo al pannello) (link al modello).
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Supporto per bobine per pannello SKADIS (perpendicolare al pannello) (link al modello).
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Supporto per AMS Lite (link al modello). Servono bulloni e dadi M3; potete trovarli qui.
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Accessorio per AMS Lite per fissare i tubi PTFE dal lato di alimentazione del filamento. (link al modello).
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Guide per tubi PTFE che collegano AMS Lite alla stampante per proteggere il meccanismo di AMS Lite (link al modello).
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Guide a sfera per il filamento, che consentono di organizzarne comodamente il percorso (link al modello)
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Supporto per cacciaviti esagonali (link al modello)
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Supporto per cacciaviti a bussola (link al modello)
L'ottimizzazione dello spazio descritta sopra ha semplificato notevolmente l'uso della stampante e di AMS Lite, e consiglio anche a voi di adottarla.
Altre informazioni utili
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Consiglio di visitare la pagina sulla stampa 3D, dove troverete molte informazioni pertinenti e link ad articoli utili, aggiornamenti della stampante e accessori.
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Se siete agli inizi, aprite la pagina "Stampa 3D: guida rapida".
Potreste trovare utili anche informazioni complete sulle tecnologie e gli standard di ricarica rapida tramite porta USB.