Dźwiękoszczelna obudowa drukarki 3D z szafki IKEA
Spis treści
-
Po co wyciszać drukarkę 3D?
-
Sposób na izolację akustyczną i ograniczenie drgań drukarki 3D
-
Wentylacja szafki i chłodzenie elektroniki drukarki 3D
-
Pomiar hałasu podczas pracy drukarki 3D po zastosowaniu środków ograniczających hałas
-
Optymalizacja przestrzeni wewnątrz szafki wyciszającej drukarkę 3D
-
Inne przydatne informacje
Po co wyciszać drukarkę 3D?
Umieściłem Bambu Lab A1 w szafce ze standardowych mebli kuchennych IKEA METOD, okleiłem ją samochodowym materiałem wygłuszającym i dodałem cichą wentylację z wentylatorami Noctua. Wynik: 36.5 dB(A) w odległości 1 m podczas drukowania z pełną prędkością, przy hałasie tła w mieszkaniu wynoszącym 35.3 dB(A). Dla porównania producent deklaruje 48 dB(A) w trybie Silent bez szafki.
Bambu Lab A1 jest bardzo szybką, a zarazem cichą drukarką (jeśli nie najcichszą) w porównaniu z konkurencją i wyższymi modelami Bambu Lab. Producent deklaruje poziom hałasu 48 dB(A) po przeprowadzeniu kalibracji hałasu i drgań drukarki oraz włączeniu trybu Silent.
W moim przypadku drukarka stoi w pokoju mieszkalnym, dlatego jej cicha i szybka praca była kluczowym czynnikiem przy zakupie.
Tryb Silent rzeczywiście wyraźnie zmniejsza hałas podczas drukowania, ale jednocześnie ogranicza prędkość druku o 50%. Do jego zalet należy też poprawa jakości wydruków.
Wentylator jest również wyraźnie słyszalny podczas drukowania podpór.
Jednak nawet w trybie Silent hałas drukarki okazał się dla mnie zbyt duży: przeszkadza mi w czytaniu i oglądaniu telewizji.
Mógłbym drukować nocą za zamkniętymi drzwiami w trybie Silent, ale to niewygodne. Nie kupiłem szybkiej drukarki po to, by drukować powoli, więc problem hałasu wymaga rozwiązania.
Dodatkowe zalety zamkniętej obudowy drukarki to:
-
Eliminacja przeciągów, które mogą pogarszać jakość druku, osłabiać przyczepność i powodować odkształcanie się wydruków (warping)
-
Pomaga to również ograniczyć osadzanie się kurzu na drukarce, zwłaszcza na ekstruderze. Z czasem kurz może doprowadzić do jego zatkania i konieczności przeprowadzenia dość trudnego czyszczenia metodą cold-pull.
Sposób na izolację akustyczną i ograniczenie drgań drukarki 3D
Rozwiązanie problemu izolacji akustycznej na pierwszy rzut oka jest proste: trzeba umieścić drukarkę w osobnej, zamkniętej ze wszystkich stron szafce. Haczyk polegał na tym, że brałem pod uwagę wyłącznie standardowe meble IKEA, ponieważ zamówienie mebla wykonanego specjalnie do drukarki przekraczało mój budżet.
Chciałem też stworzyć rozwiązanie, które inni mogliby odtworzyć, dlatego potrzebowałem możliwie standardowych i łatwo dostępnych elementów wyposażenia.
Szafka musiała być również kompaktowa, ponieważ mam bardzo mało wolnego miejsca w mieszkaniu.
Wybór szafki
Po przejrzeniu katalogu IKEA okazało się, że żadna z całkowicie zamkniętych szafek nie pasuje wymiarami (maksymalna głębokość wewnętrzna to 53.5cm): stół drukarki się porusza, a za nią trzeba jeszcze zostawić miejsce na podłączenie kabli. Brakowało dosłownie kilku centymetrów. Ustawienie drukarki wzdłuż szafki (po obróceniu jej o 90 stopni) utrudniłoby korzystanie z niej, a obok musiałem jeszcze zmieścić system AMS Lite do druku wielokolorowego.
Poszukiwania na Reddicie doprowadziły mnie do posta z bardzo trafnym pomysłem wykorzystania mebli z serii kuchennej IKEA METOD, która jest nieco głębsza od standardowych szafek (na rynku amerykańskim można użyć bardzo podobnej serii SEKTION, która jest nieco węższa, ale ma taką samą głębokość). Wadą wykorzystania stojących szafek kuchennych do tego celu jest brak "sufitu" w szafkach z serii IKEA METOD. Szafki te wymagają zamontowania na górze wspólnego blatu wykonanego na wymiar, co jest nie tylko kosztowne, ale też czasochłonne.
Wymiary szafki (80x60x80cm, głębokość wewnętrzna 58cm) idealnie odpowiadały jednak moim potrzebom, więc stała się ona podstawą przyszłej szafki dźwiękoszczelnej.
Do szafki wybrałem szklane drzwi IKEA ENKÖPING (40x80cm), aby móc obserwować drukowanie.
Do drzwi dokupiłem 2 zestawy po 2 zawiasy IKEA UTRUSTA 110° oraz 1 zestaw z 2 stalowymi uchwytami IKEA KALLRÖR 213mm (montowanymi po wywierceniu otworów w drzwiach).
Aby uzyskać jak najlepszą izolację akustyczną, sama szafka nie wystarczyła. Dokupiłem więc 6 arkuszy samochodowego materiału wygłuszającego o wymiarach 70x50cm, wykonanego z kauczuku butylowego (Alubutyl), którymi okleiłem wszystkie powierzchnie szafki, włącznie z drzwiami, z wyjątkiem szyb.
Aby dodatkowo ograniczyć hałas o niskiej częstotliwości i drgania, umieściłem pod drukarką kanapkę z dwóch materiałów o różnej gęstości: sprasowanej gumy i pianki. Owinąłem ją grubą folią, ponieważ guma wydzielała zapach.
Uważa się, że dla lepszej izolacji akustycznej gęstsza warstwa takiej kanapki powinna znajdować się na górze.
Problem "dachu" szafki rozwiązałem, montując najprostsze gładkie drzwi IKEA VEDDINGE (60x80cm), które idealnie pasowały wymiarami. Przykręciłem je 4 wkrętami (12-15mm) do metalowych listew szafki, w których były otwory do przykręcenia blatu.
Dodatkowo kupiłem półkę IKEA UTRUSTA (80x60cm) (zestaw 2 sztuk) i jedną zamontowałem wewnątrz szafki na dole. Podniosłem w ten sposób drukarkę, co ułatwiło korzystanie z niej, a powstałą przestrzeń mogłem wykorzystać na akcesoria i filament oraz ukrycie kabli.
Drugą półkę położyłem na podłodze, aby poprawić izolację akustyczną i nieco podnieść całą szafkę.
Do dodatkowego wygłuszenia użyłem też włókniny IKEA STOPP FILT, kładąc jedną warstwę na podłodze, kolejną między półką leżącą na podłodze a szafką oraz jedną na półce wewnętrznej.
Ponadto między półką na podłodze a szafką położyłem 1 arkusz samochodowego materiału wygłuszającego.
Tylną ściankę szafki obróciłem o 180° (kwadratowymi otworami w dół), aby schować te dwa otwory za półką i przeprowadzić przez nie kabel zasilający.
Kolejnym elementem izolacji akustycznej jest gumowa uszczelka TESA o profilu E umieszczona wokół szafki od strony drzwi, która eliminuje szczeliny między drzwiami a szafką. Zużyłem 3 m podwójnego profilu.
Co znajduje się wewnątrz szafki
Na zdjęciu poniżej, oprócz drukarki Bambu Lab A1 i AMS Lite, wewnątrz szafki można zobaczyć:
-
Prostokątną białą ramę z tworzywa, na której stoi AMS Lite (link do modelu)
-
Niską szarą podstawkę pod AMS Lite (link do modelu) zamiast oryginalnej.
-
Dry box na dwie szpule (umieszczony pod AMS Lite, wewnątrz ramy). Dry box jest zrobiony na bazie pojemnika IKEA 365+ 10.6L (link do modelu).
-
Po lewej stronie drukarki zamontowałem białe panele, wydrukowane i przykręcone do ścianki szafki wkrętami 3.5x25mm, zgodne z systemem IKEA SKADIS (link do modelu). Dwa rzędy paneli o następujących wymiarach (szerokość x wysokość):
-
pierwszy rząd: 3x7, 11x9, 11x9
-
drugi rząd: 6x11, 5x11, 7x11
-
-
Po lewej stronie drukarki na dole - mały pojemnik na odpady z druku, który nie zasłania otworów wentylacyjnych obudowy (link do modelu)
-
Za drukarką zamontowałem półkę (link do modelu), na której stoi dry box na 1 szpulę wykonany na bazie Vtopmart 4L pojemnika (link do modelu). Na tej półce można też ustawić aktywną suszarkę Sunlu S2, ewentualnie postawić ją na głównej półce szafki przed dry boxem na 2 szpule.
-
Za drukarką przykleiłem również do ścianki kwadratowy kawałek białej folii PTFE , aby zmniejszyć tarcie kabla łączącego drukarkę z hotbedem o ściankę szafki.
-
Pojemniki na drobne akcesoria umieściłem na panelu zgodnym z systemem IKEA SKADIS (link do modelu).
-
Adaptery do AMS Lite na szpule SUNLU/JAYO dwóch rodzajów: do szpul rozbieralnych i nierozbieralnych .
-
W lewym górnym rogu szyby drzwi szafki zamontowałem termometr i higrometr Xiaomi. To bardzo dobry model z aplikacją mobilną. Umieszczam te higrometry we wszystkich moich dry boxach i monitoruję wilgotność w aplikacji Mi Home, która zapisuje historię pomiarów i pozwala śledzić zmiany. Pomiary temperatury pokazują, że podczas drukowania temperatura wewnątrz szafki nie przekraczała 39 °C latem i 31 °C zimą. Największa różnica między temperaturą w pokoju a temperaturą w szafce wynosiła 13 °C.
-
Oświetlenie wykonałem z taśmy LED (4000K 90CRI) o długości 40cm. Taśmę zasilają trzy połączone szeregowo akumulatory Li-Ion Liitokala 18650 z wbudowanym zabezpieczeniem BMS. Akumulatory znajdują się w uchwycie. Alternatywnie podłączam pakiet 4 akumulatorów AA z modułem podwyższającym napięcie do 12V (boost). Światło włącza się przyciskiem umieszczonym między taśmą LED a źródłem zasilania. Taśma LED jest zamontowana na dwóch listwach nachylonych pod kątem 45° (link do modelu). Listwy wydrukowałem z PETG, ponieważ PLA mięknie przy wzroście temperatury. Musiałem zmodyfikować oryginalny model listew (ustawiłem wysokość 12mm i szerokość 12mm), ponieważ taśma LED wchodziła zbyt ciasno w ich rowki.
Na zewnątrz szafki (po prawej stronie) zamontowałem uchwyt na płyty do druku (link do modelu).
Na szafce (widać to na pierwszym zdjęciu na początku artykułu) zamontowałem 2 uchwyty na szpule, każdy na 6 szpul. Na każdym można jeszcze umieścić po 6 szpul na górze (link do modelu).
Wentylacja szafki i chłodzenie elektroniki drukarki 3D
Chociaż podczas drukowania (również przez ponad 9 godzin) temperatura w wyciszonej szafce była najwyżej o 13 °C wyższa niż w pokoju, postanowiłem ulepszyć konstrukcję szafki i wprowadzić następujące zmiany:
Wentylatory
-
zamontowałem Noctua NF-A6x25 wentylator (60x25mm 12V) w otworze w lewym dolnym rogu szafki (po wcześniejszym powiększeniu otworu). Wentylator zamontowałem na podstawie (link do modelu). Przykręciłem go do podstawy 2 śrubami M3x12mm. Użyłem 2 śrub zamiast 4, aby umieścić podstawę tuż przy ściance, bez szczelin powietrznych.
-
zamontowałem 3 wentylatory Noctua NF-A4x20 (40x20mm 12V) na obudowie drukarki w pobliżu jej otworów wentylacyjnych. Jeden wtłacza powietrze (po prawej), a dwa je wyciągają (po lewej). Otwory wentylacyjne po lewej stronie są szersze, dlatego umieściłem tam 2 wentylatory. Wyciąg umieściłem właśnie po lewej stronie, aby uniknąć zasysania resztek filamentu: tam znajduje się pojemnik na odpady i odbywa się czyszczenie dyszy. Wentylatory przykręciłem (wkrętami dołączonymi do nich) do podstawy (link do modelu), którą z kolei mocuje się do drukarki. Na wentylatorze wtłaczającym powietrze (po prawej stronie drukarki) zamontowałem osłonę (link do modelu), przykręconą 4 śrubami M3x10mm. Montaż dwóch wentylatorów po lewej stronie wymagał zmniejszenia pojemnika na odpady. Zmodyfikowany model opublikowałem tutaj na osobnym profilu.
Wybrałem wentylatory Noctua ze względu na ich wysoką wydajność i, co bardzo ważne, niski poziom hałasu. Cicha praca ma kluczowe znaczenie w tym projekcie wyciszenia drukarki.
Przy pełnej mocy pracy Noctua NF-A4x20 nie słychać zupełnie przy zamkniętych drzwiach szafki i pracującej drukarce, natomiast dźwięk Noctua NF-A6x25 można zauważyć, ponieważ wydmuchuje powietrze poza szafkę. Aby ograniczyć hałas Noctua NF-A6x25 podłączyłem go przez dołączony do wentylatora adapter L.N.A. (Low Noise Adapter). Adapter L.N.A. zmniejsza moc, prędkość obrotową (i wydajność) o około 1/3, ale wyraźnie ogranicza hałas. Dzięki temu na odległości 1 m od szafki poziom hałasu pozostał taki sam jak przed montażem wentylatorów - 36.5 dB(A). Na odległości 2 m wzrósł tylko o 0.4 dB(A) w porównaniu z wariantem bez wentylatorów - do 36.32 dB(A).
Zasilanie i automatyczne włączanie
Wszystkie wentylatory połączyłem rozgałęźnikami typu Y i jednym przedłużaczem. Wszystkie potrzebne kable i przejściówki były dołączone do wentylatorów. Jeśli nie zamierzacie używać wentylatorów Noctua, mogą się wam przydać przejściówki i przedłużacze.
Wentylatory są zasilane napięciem 12V z zasilacza AC-DC.
Użyłem również adaptera DC 5521, aby połączyć wentylatory z zasilaczem AC-DC.
Aby wentylatory włączały się wtedy, gdy są najbardziej potrzebne, czyli przy wzroście temperatury, przeniosłem zamontowany na szybie szafki termometr i higrometr Xiaomi Mijia Bluetooth 2 naprzeciw wentylatorów wyciągających powietrze i połączyłem go w aplikacji Mi Home z inteligentnym gniazdkiem Xiaomi Smart Plug 2 Wi-Fi, do którego podłączony jest wspomniany wcześniej zasilacz AC-DC za pomocą następujących scenariuszy:
-
po osiągnięciu temperatury 33 stopni - włącz inteligentne gniazdko
-
po osiągnięciu temperatury 32 stopni - wyłącz inteligentne gniazdko
Dzięki temu wentylatory włączają się dopiero po osiągnięciu ustawionej temperatury, co następuje podczas pracy drukarki. Warunek wyłączenia sprawia, że po zakończeniu drukowania i schłodzeniu powietrza obok drukarki nie trzeba pamiętać o ich wyłączeniu. Temperatury włączenia i wyłączenia ustaliłem doświadczalnie dla moich warunków. U was mogą się różnić, ponieważ zależą od izolacji termicznej szafki, rozmieszczenia wentylatorów i termometru, warunków drukowania oraz termistora wewnątrz termometru.
Rozbudowane opcje konfiguracji scenariuszy dla "inteligentnych urządzeń" Xiaomi pozwalają również ustawić włączanie i wyłączanie według harmonogramu, zdalnie sterować zasilaniem oraz kontrolować wilgotność i temperaturę w aplikacji Mi Home.
Zmierzona łączna moc wentylatorów przy 12V wyniosła 1.7W, z czego:
-
Noctua NF-A4x20 - 0.4W x3
-
Noctua NF-A6x25 - 0.5W (podłączony przez adapter L.N.A. w celu zmniejszenia prędkości obrotowej, a tym samym hałasu)
Wnioski dotyczące wentylacji:
-
Praca wentylatora wyciągającego powietrze z szafki Noctua NF-A6x25 ze zmniejszoną mocą i niższym poziomem hałasu (adapter L.N.A.) obniża ogólną temperaturę wewnątrz szafki o 1.4 °C. Jeśli hałas tego wentylatora wam nie przeszkadza, polecam używać go bez adaptera L.N.A. Pod półką nie zmieści się większy wentylator - 60mm to maksimum.
-
3 wentylatory Noctua NF-A4x20 zamontowałem do chłodzenia płyty głównej drukarki i zapewnienia cyrkulacji powietrza. Ma to sens, ponieważ temperatura wydmuchiwanego powietrza jest o 9 °C wyższa niż temperatura powietrza wewnątrz szafki. Takie rozwiązanie zdecydowanie zmniejsza ryzyko przegrzania wewnętrznych komponentów drukarki.
-
Wnioski dotyczące zmian poziomu hałasu po zamontowaniu wentylatorów opisuję poniżej.
Pomiar hałasu podczas pracy drukarki 3D po zastosowaniu środków ograniczających hałas
Poziom hałasu pracującej drukarki zmierzyłem za pomocą miernika UNI-T UT353BT. Pomiary wykonywałem w odstępach 10-minutowych i zapisywałem wartości średnie. Podczas pomiarów przebywałem w innym pomieszczeniu. Wyniki z miernika były przesyłane przez Bluetooth do aplikacji na smartfonie.
Wyniki pomiarów z odległości 1 m:
-
tryb druku Standard: 36.5 dB(A)
-
tryb druku Standard z włączonymi 4 wentylatorami: 36.5 dB(A) (poziom hałasu bez zmian)
-
tryb druku Silent: 35.77 dB(A)
-
tryb druku Silent z włączonymi 4 wentylatorami: 36.17 dB(A) (+0.4 dB(A))
Wyniki pomiarów z odległości 2 m:
-
tryb druku Standard: 35.92 dB(A)
-
tryb druku Standard z włączonymi 4 wentylatorami: 36.32 dB(A) (+0.4 dB(A))
-
tryb druku Silent: 35.59 dB(A)
-
tryb druku Silent z włączonymi 4 wentylatorami: 36.17 dB(A) (+0.58 dB(A))
Poziom hałasu tła w mieszkaniu nocą wynosi 35.30 dB(A).
Opisane wyżej sposoby ograniczenia hałasu pracującej drukarki przyniosły więc świetny wynik. W takiej szafce wyciszającej drukarka Bambu Lab A1 może drukować w trybie Standard z pełną prędkością. Izolacja akustyczna spełnia swoje zadanie: z drugiego końca pokoju nie zawsze słychać, czy drukarka pracuje, więc muszę podejść i sprawdzić.
Optymalizacja przestrzeni wewnątrz szafki wyciszającej drukarkę 3D
Po pół roku używania szafki wyciszającej uznałem, że przestrzeń po prawej stronie drukarki nie jest optymalnie wykorzystana. Wymiana dalszych szpul z filamentem w AMS Lite (numerów 1 i 4) również nie była zbyt wygodna.
Znalazłem odpowiedni model wspornika do płyty głównej i mocowania systemu podawania filamentu AMS Lite, który może się też obracać (wspornik przykręciłem do sufitu szafki wkrętami 3.5x25mm). Szpule z filamentem umieściłem na panelach zgodnych z systemem IKEA SKADIS.
Takie rozmieszczenie pozwoliło mi zrezygnować z dużej ramy służącej jako podstawa AMS Lite.
Zwolnione miejsce pozwoliło zmieścić więcej dry boxów (w moim przypadku 1 na 2 szpule + 2 na 1 szpulę, widoczne na zdjęciu poniżej), oprócz dry boxa, który wcześniej stał na półce za drukarką. Później przeszedłem na 4 dry boxy po 1 szpuli.
Zakładanie nowej szpuli i podłączanie jej do AMS Lite stało się znacznie prostsze, a obrotowe mocowanie pod sufitem szafki ułatwia obsługę i pozwala w razie potrzeby łatwo zdjąć AMS Lite.
Na panelach SKADIS zamontowałem organizer koncentratora PTFE ze złączkami. Pomaga on uporządkować rurki i odcinki filamentu, a w razie potrzeby umożliwia podawanie filamentu bez kontaktu z powietrzem, bezpośrednio z dry boxa.
Łatwo zdejmowane uchwyty na szpule filamentu na panelach SKADIS dają swobodę dalszej reorganizacji. Jeśli na przykład używacie głównie dry boxów i nie potrzebujecie wszystkich 4 szpul na panelu SKADIS, zwolnione miejsce możecie przeznaczyć na półki na akcesoria.
Modele do druku i materiały użyte przy tej modernizacji:
-
Na prawej ściance szafki białe panele, wydrukowane i przykręcone wkrętami 3.5x25mm, zgodne z systemem IKEA SKADIS (link do modelu). Dwa rzędy paneli o następujących wymiarach (szerokość x wysokość):
-
pierwszy rząd: 3x7, 11x9, 11x9
-
drugi rząd: 3x10, 11x10, 11x10
-
-
Dry box na dwie szpule wykonany na bazie pojemnika IKEA 365+ 10.6L (link do modelu).
-
Dry box na 1 szpulę wykonany na bazie Vtopmart 4L pojemnika (link do modelu).
-
Organizer koncentratora PTFE na 8 złączek (4 u góry i 4 u dołu) (link do modelu).
-
Uchwyt na szpule do tablicy SKADIS (równolegle do panelu) (link do modelu).
-
Uchwyt na szpule do tablicy SKADIS (prostopadle do panelu) (link do modelu).
-
Uchwyt do AMS Lite (link do modelu). Potrzebne będą śruby i nakrętki M3, które można znaleźć tutaj.
-
Nakładka na AMS Lite do mocowania rurek PTFE po stronie podawania filamentu (link do modelu).
-
Prowadnice rurek PTFE łączących AMS Lite z drukarką, chroniące mechanizm AMS Lite (link do modelu).
-
Kulowe prowadnice filamentu ułatwiające poprowadzenie filamentu (link do modelu)
-
Uchwyt na klucze imbusowe (link do modelu)
-
Uchwyt na wkrętaki nasadowe (link do modelu)
Opisana wyżej optymalizacja przestrzeni znacznie ułatwiła mi pracę z drukarką i AMS Lite. Polecam wam również ją przeprowadzić.
Inne przydatne informacje
-
Polecam odwiedzić stronę o druku 3D, na której znajdziecie wiele przydatnych informacji i linków do artykułów, ulepszeń drukarki oraz akcesoriów.
-
Jeśli dopiero zaczynasz, zajrzyj na stronę "Druk 3D: szybki start".
Może wam się również przydać wyczerpujący przewodnik po technologiach i standardach szybkiego ładowania przez port USB.