Armário insonorizado para impressora 3D feito com um móvel IKEA
Índice
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Por que razão é necessária a insonorização de uma impressora 3D?
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Solução para insonorizar e reduzir as vibrações da impressora 3D
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Ventilação do armário e arrefecimento dos componentes eletrónicos da impressora 3D
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Medição do ruído da impressora 3D após a aplicação das medidas de redução do ruído
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Otimização do espaço interior do armário insonorizado da impressora 3D
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Outras informações úteis
Por que razão é necessária a insonorização de uma impressora 3D?
Coloquei a Bambu Lab A1 num armário feito com mobiliário de cozinha IKEA METOD, revesti-o com material de insonorização automóvel e acrescentei ventilação silenciosa com ventiladores Noctua. O resultado foi de 36.5 dB(A) a 1 m de distância durante a impressão à velocidade máxima, com um ruído de fundo no apartamento de 35.3 dB(A). Para comparação, o fabricante indica 48 dB(A) no modo Silent sem armário.
Bambu Lab A1 é uma impressora muito rápida e, ao mesmo tempo, silenciosa (se não a mais silenciosa) em comparação com as concorrentes e os modelos superiores da Bambu Lab. O fabricante indica um nível de 48 dB(A) após a calibração de ruído e vibração da impressora e a ativação do modo Silent.
No meu caso, a impressora fica numa sala de estar, pelo que o funcionamento silencioso e rápido foi um fator decisivo na compra.
De facto, o modo Silent reduz visivelmente o ruído durante a impressão, mas também reduz a velocidade de impressão em 50%. Entre os efeitos positivos, importa referir a melhoria da qualidade de impressão.
O ventilador também faz bastante ruído durante a impressão dos suportes.
Mas, mesmo no modo Silent, o ruído da impressora revelou-se demasiado elevado para mim: distrai-me da leitura e de ver televisão.
Uma solução seria imprimir à noite, com a porta fechada, no modo Silent, mas isso é incómodo e não comprei uma impressora rápida para imprimir devagar. Por isso, era preciso resolver o problema do ruído.
A utilização de uma caixa fechada para a impressora também tem outras vantagens:
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Elimina as correntes de ar, que podem prejudicar a qualidade da impressão ao reduzir a aderência e provocar warping.
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Também ajuda a reduzir a acumulação de pó na impressora, sobretudo no extrusor, que com o tempo pode ficar obstruído e exigir uma limpeza cold-pull, que não é das mais simples.
Solução para insonorizar e reduzir as vibrações da impressora 3D
À primeira vista, a solução para insonorizar a impressora é simples: colocá-la num armário separado, fechado de todos os lados. A dificuldade é que só considerei mobiliário standard da IKEA, pois mandar fazer um móvel à medida para a impressora ultrapassava o orçamento.
Também queria criar uma solução que outra pessoa pudesse reproduzir, pelo que tinha de utilizar elementos de mobiliário tão comuns e acessíveis quanto possível.
O armário também tinha de ser compacto, pois tenho muito pouco espaço livre no apartamento.
Escolha do armário
Depois de consultar o catálogo da IKEA, constatei que nenhum dos armários totalmente fechados servia devido às dimensões (profundidade interior máxima de 53.5cm): a mesa da impressora desloca-se e é necessário deixar espaço atrás da impressora para ligar os cabos. Faltavam literalmente alguns centímetros. Colocar a impressora de lado no armário (rodá-la 90 graus) dificultaria a sua utilização; além disso, seria necessário instalar por perto o sistema AMS Lite para impressão a cores.
Uma pesquisa no Reddit levou-me a uma publicação com uma excelente ideia: utilizar móveis de uma linha de cozinhas IKEA METOD que são um pouco mais profundos do que os armários comuns (para o mercado dos EUA, pode utilizar uma linha muito semelhante, a SEKTION, que é um pouco mais estreita, mas tem a mesma profundidade). A desvantagem de utilizar móveis de cozinha de chão para este fim é que os armários da linha IKEA METOD não têm um «teto». Estes armários foram concebidos para receber por cima uma bancada comum feita à medida, uma solução cara e demorada (devido ao fabrico por encomenda).
Mas as dimensões do armário (80x60x80cm, profundidade interior de 58cm) eram ideais para o meu objetivo, pelo que o usei como base do futuro armário insonorizado.
Escolhi portas de vidro IKEA ENKÖPING (40x80cm) para poder acompanhar visualmente a impressão.
Comprei ainda 2 conjuntos de 2 dobradiças IKEA UTRUSTA de 110° e 1 conjunto de 2 puxadores de aço IKEA KALLRÖR de 213mm (montados mediante perfuração da porta).
Para conseguir a máxima insonorização, o armário por si só não bastava. Por isso, comprei também folhas (6 unidades de 70x50cm) de material de insonorização automóvel de borracha butílica (Alubutyl), com as quais revesti todas as superfícies do armário, incluindo as portas, exceto o vidro.
Além disso, para reduzir o ruído de baixa frequência e as vibrações, coloquei sob a impressora uma estrutura em camadas de dois materiais de densidades diferentes: borracha comprimida e espuma. Envolvi a sanduíche numa película densa, porque a borracha libertava um cheiro.
Considera-se mais eficaz para a insonorização colocar a camada mais densa por cima.
Resolvi a questão do «teto» do armário instalando a porta lisa mais simples IKEA VEDDINGE (60x80cm), que tinha as dimensões perfeitas. Fixei-a com 4 parafusos (12-15mm) às calhas metálicas do armário, que tinham orifícios para aparafusar o tampo superior.
Comprei também uma prateleira IKEA UTRUSTA (80x60cm) (conjunto de 2 unidades) e instalei uma das prateleiras na parte inferior do armário. Assim, elevei a impressora, tornando-a mais cómoda de utilizar, e criei um compartimento para guardar acessórios e filamento e esconder os cabos.
Coloquei a segunda prateleira no chão para melhorar a insonorização e elevar um pouco todo o armário.
Para reforçar a insonorização, usei ainda um material não tecido IKEA STOPP FILT, colocando uma camada no chão, outra entre a prateleira (no chão) e o armário, e outra sobre a prateleira interior.
Coloquei também mais 1 folha de insonorização automóvel entre a prateleira no chão e o armário.
Girei o painel traseiro do armário 180° (com as aberturas quadradas viradas para baixo) para esconder estas duas aberturas atrás da prateleira e utilizá-las para passar o cabo de alimentação.
Outro elemento de insonorização é a junta de borracha TESA com perfil em E em todo o perímetro da abertura das portas, para eliminar as folgas entre as portas e o armário. Usei 3 m de perfil duplo.
O que está dentro do armário
Dentro do armário, além da impressora Bambu Lab A1 e do AMS Lite, pode ver os seguintes objetos na fotografia abaixo:
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Uma estrutura retangular de plástico branco que suporta o AMS Lite (ligação para o modelo)
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Um suporte cinzento de perfil baixo para o AMS Lite (ligação para o modelo) em vez do original.
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Uma dry box para duas bobinas (situado debaixo do AMS Lite, dentro da estrutura). A dry box foi feita a partir de um recipiente IKEA 365+ 10.6L (ligação para o modelo).
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À esquerda da impressora, painéis brancos impressos, compatíveis com o sistema IKEA SKADIS (ligação para o modelo). Aparafusei-os à parede do armário com parafusos de 3.5x25mm. Duas filas de painéis com as seguintes dimensões (largura x altura):
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primeira fila: 3x7, 11x9, 11x9
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segunda fila: 6x11, 5x11, 7x11
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Em baixo, à esquerda da impressora, um pequeno cesto para recolher resíduos de impressão, sem tapar as aberturas de ventilação da caixa (ligação para o modelo)
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Atrás da impressora, instalei uma prateleira (ligação para o modelo), onde se encontra uma dry box para 1 bobina, feito a partir de Vtopmart 4L um recipiente (ligação para o modelo). Também é possível colocar nesta prateleira um secador ativo Sunlu S2, ou colocar esse secador na prateleira principal do armário, à frente da dry box para 2 bobinas.
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Atrás da impressora, colei também à parede um quadrado de película PTFE branca para reduzir o atrito do cabo que liga a impressora ao hotbed contra a parede do armário.
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Os recipientes para pequenos acessórios estão colocados num painel compatível com IKEA SKADIS (ligação para o modelo).
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Adaptadores para as bobinas do AMS Lite SUNLU/JAYO de dois tipos: para bobinas desmontáveis e não desmontáveis .
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No canto superior esquerdo do vidro da porta, instalei um termómetro e higrómetro Xiaomi. É um modelo de excelente qualidade, com aplicação móvel. Instalo estes higrómetros em todas as minhas dry boxes e acompanho a humidade na aplicação Mi Home, que guarda um histórico das medições e permite ver a sua evolução. As medições de temperatura mostram que, dentro do armário durante a impressão, a temperatura não ultrapassou 39 °C no verão nem 31 °C no inverno. A maior diferença entre a temperatura da divisão e a do armário foi de 13 °C.
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A iluminação é feita com uma fita LED (Auxmer 12V 4000K 95CRI 14.4W/m) com 40cm de comprimento. A potência indicada para a fita corresponde à realidade: 40cm de fita consomem 6W a 12V e 4W a 11V. A fita é alimentada por três baterias Li-Ion ligadas em série, Liitokala 18650 com proteção BMS integrada. As baterias estão instaladas num suporte. Em alternativa, ligo um conjunto de 4 pilhas AA a um módulo elevador de tensão (boost) para 12V. A luz acende-se ao premir um botão inserido no circuito entre a fita LED e a fonte de alimentação. A fita LED está instalada em duas calhas inclinadas a 45° (ligação para o modelo). Imprimi as calhas em PETG porque o PLA amolece com o aumento da temperatura. Tive de modificar o modelo original das calhas (defini 12mm de altura e 12mm de largura), pois a fita LED entrava com demasiada dificuldade nas ranhuras.
No exterior do armário (à direita), instalei um suporte para placas de impressão (ligação para o modelo).
Sobre o armário (visível na primeira fotografia, no início do artigo), instalei 2 suportes para bobinas, cada um com capacidade para 6 bobinas; também é possível colocar mais 6 bobinas em cima de cada um (ligação para o modelo).
Ventilação do armário e arrefecimento dos componentes eletrónicos da impressora 3D
Embora a temperatura no armário insonorizado durante a impressão (incluindo impressões longas de mais de 9 horas) não tivesse excedido a temperatura da divisão em mais de 13 °C, decidi melhorar o projeto do armário e fazer as seguintes alterações:
Ventiladores
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instalei um Noctua NF-A6x25 ventilador (60x25mm 12V) na abertura do canto inferior esquerdo do armário, depois de a alargar. Instalei o ventilador numa plataforma (ligação para o modelo). Fixei o ventilador à plataforma com 2 parafusos M3x12mm. Usei 2 parafusos em vez de 4 para conseguir encostar a plataforma à parede sem espaços por onde o ar pudesse passar.
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instalei 3 ventiladores Noctua NF-A4x20 (40x20mm 12V) na caixa da impressora, junto às aberturas de ventilação. Um insufla ar (à direita) e dois extraem ar (à esquerda). As aberturas de ventilação à esquerda são mais largas, pelo que aí instalei 2 ventiladores. Coloquei os ventiladores de extração do lado esquerdo para evitar a possível aspiração de resíduos de impressão, pois é nesse lado que está o cesto de resíduos e onde se faz a limpeza do bico. Os ventiladores são aparafusados (usei os parafusos autorroscantes fornecidos nas caixas dos ventiladores) a uma plataforma (ligação para o modelo), que, por sua vez, se fixa à impressora. No ventilador que insufla ar (à direita da impressora), instalei uma grelha de proteção (ligação para o modelo), fixada com 4 parafusos M3x10mm. A instalação de dois ventiladores do lado esquerdo obrigou a reduzir o cesto de resíduos. O modelo modificado correspondente foi publicado aqui, num perfil separado.
Escolhi ventiladores Noctua pela sua elevada capacidade e, sobretudo, pelo baixo ruído, um fator decisivo neste projeto de insonorização da impressora.
Mesmo a funcionar à potência máxima, o Noctua NF-A4x20 não se ouve de todo com as portas do armário fechadas e a impressora a trabalhar; já o ruído do Noctua NF-A6x25 é percetível, porque expulsa o ar para fora do armário. Para reduzir o ruído do Noctua NF-A6x25 liguei-o através do adaptador L.N.A. (Low Noise Adapter) fornecido com o ventilador. O adaptador L.N.A. reduz a potência, a rotação (e o desempenho) em cerca de 1/3, mas diminui visivelmente o ruído. Assim, mantive o mesmo nível de ruído que antes da instalação dos ventiladores a 1 m do armário - 36.5 dB(A); a 2 m, o aumento do ruído é de apenas 0.4 dB(A) face à configuração sem ventiladores - 36.32 dB(A).
Alimentação e ligação automática
Todos os ventiladores estão ligados entre si por adaptadores em Y e uma extensão. Todos os cabos e adaptadores necessários vinham com os ventiladores. Se não pretende utilizar ventiladores Noctua, poderá precisar de adaptadores e extensões.
Os ventiladores recebem 12V de um adaptador AC-DC.
Utilizei também um adaptador DC 5521para ligar os ventiladores ao adaptador AC-DC.
Para que os ventiladores liguem precisamente quando são mais necessários, à medida que a temperatura sobe, mudei de posição o termómetro e higrómetro Xiaomi Mijia Bluetooth 2 que estava instalado no vidro do armário, colocando-o em frente aos ventiladores que extraem o ar. Na aplicação Mi Home, associei-o a uma tomada inteligente Xiaomi Smart Plug 2 Wi-Fi à qual está ligado o já referido adaptador AC-DC de alimentação, com os seguintes cenários:
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quando a temperatura atingir 33 graus - ligar a tomada inteligente.
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quando a temperatura atingir 32 graus - desligar a tomada inteligente.
Assim, os ventiladores só se ligam quando a temperatura definida é atingida, o que acontece durante o funcionamento da impressora. Graças à condição de desligamento, também não é preciso preocupar-se em desligá-los quando a impressão termina e o ar junto à impressora arrefece. Determinei empiricamente estes valores de temperatura para as minhas condições específicas. No seu caso, os valores podem ser diferentes, pois dependem do isolamento térmico do armário, da posição dos ventiladores e do termómetro, das condições de impressão e do termóstato do termómetro.
As amplas opções de configuração de cenários para os «dispositivos inteligentes» Xiaomi também permitem criar um cenário para ligar e desligar a horas programadas, controlar remotamente o funcionamento e consultar os valores de humidade e temperatura na aplicação Mi Home.
A potência total medida dos ventiladores a 12V foi de 1.7W, dos quais:
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Noctua NF-A4x20 - 0.4W x3
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Noctua NF-A6x25 - 0.5W (ligado através do adaptador L.N.A. para reduzir a rotação e, consequentemente, o ruído)
Conclusões sobre a ventilação:
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O funcionamento do ventilador que extrai o ar do armário Noctua NF-A6x25 a potência reduzida e com menos ruído (adaptador L.N.A.) diminui a temperatura geral no interior do armário em 1.4 °C. Se o ruído deste ventilador não o incomodar, recomendo utilizá-lo sem o adaptador L.N.A. Não é possível instalar um ventilador maior debaixo da prateleira; 60mm é o máximo.
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Os 3 ventiladores Noctua NF-A4x20 foram instalados para arrefecer a placa principal da impressora, assegurando a circulação de ar. A instalação destes ventiladores faz sentido porque o ar expelido está 9 °C mais quente do que o ar dentro do armário. Esta solução reduz claramente o risco de sobreaquecimento dos componentes internos da impressora.
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As conclusões sobre a alteração do ruído após a instalação dos ventiladores estão descritas abaixo.
Medição do ruído da impressora 3D após a aplicação das medidas de redução do ruído
Medi o ruído da impressora em funcionamento com um aparelho UNI-T UT353BT. As medições foram feitas em intervalos de 10 minutos e registei o valor médio. Durante as medições, estive noutra divisão. Os valores de ruído registados pelo aparelho foram transmitidos por Bluetooth para uma aplicação no smartphone.
Resultados das medições a 1 m de distância:
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modo de impressão Standard: 36.5 dB(A)
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modo de impressão Standard com os 4 ventiladores ligados: 36.5 dB(A) (nível de ruído inalterado)
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modo de impressão silencioso: 35.77 dB(A)
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modo de impressão silencioso com os 4 ventiladores ligados: 36.17 dB(A) (+0.4 dB(A))
Resultados das medições a 2 m de distância:
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modo de impressão Standard: 35.92 dB(A)
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modo de impressão Standard com os 4 ventiladores ligados: 36.32 dB(A) (+0.4 dB(A))
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modo de impressão silencioso: 35.59 dB(A)
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modo de impressão silencioso com os 4 ventiladores ligados: 36.17 dB(A) (+0.58 dB(A))
O nível de ruído de fundo no apartamento à noite é de 35.30 dB(A).
Assim, as medidas descritas acima para reduzir o ruído da impressora em funcionamento deram excelentes resultados. Dentro deste armário insonorizado, a Bambu Lab A1 pode imprimir no modo Standard à velocidade máxima. A insonorização cumpre a sua função: do outro lado da sala, por vezes nem consigo ouvir se a impressora está a trabalhar, pelo que tenho de me aproximar para verificar.
Otimização do espaço interior do armário insonorizado da impressora 3D
Após seis meses de utilização do armário insonorizado, concluí que o espaço à direita da impressora não estava bem aproveitado e que a troca das bobinas de filamento mais afastadas no AMS Lite (números 1 e 4) não era muito prática.
Encontrei um modelo adequado de suporte para a placa principal e para o sistema de alimentação de filamento AMS Lite, que também pode funcionar (aparafusei o suporte ao teto do armário com parafusos de 3,5 x 25 mm), e coloquei os carretéis de filamento em painéis compatíveis com a IKEA SKADIS.
Esta disposição permitiu-me retirar a grande estrutura que servia de suporte ao AMS Lite.
O espaço libertado permitiu colocar mais dry boxes (no meu caso, 1 caixa para 2 bobinas e 2 caixas para 1 bobina cada, visíveis na fotografia abaixo), além da dry box que já estava na prateleira atrás da impressora. Mais tarde, passei a utilizar 4 caixas para 1 bobina cada.
Tornou-se muito mais fácil instalar uma bobina nova e ligá-la ao AMS Lite. O suporte rotativo no teto do armário também facilita a manutenção e permite retirar facilmente o AMS Lite quando necessário.
Nos painéis SKADIS, instalei um organizador hub PTFE com conectores, que ajuda a organizar os tubos e os fios de filamento e, se necessário, permite alimentar o filamento diretamente da dry box sem contacto com o ar.
A utilização de suportes para bobinas de filamento fáceis de retirar dos painéis SKADIS dá liberdade para reorganizar e otimizar o espaço no futuro. Se, por exemplo, utilizar sobretudo dry boxes e não precisar das 4 bobinas no painel SKADIS, pode ocupar o espaço livre com pequenas prateleiras para acessórios.
Modelos impressos e materiais utilizados nesta melhoria:
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Na parede direita do armário, painéis brancos impressos, compatíveis com o sistema IKEA SKADIS (ligação para o modelo). Aparafusei-os com parafusos de 3.5x25mm. Duas filas de painéis com as seguintes dimensões (largura x altura):
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primeira fila: 3x7, 11x9, 11x9
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segunda fila: 3x10, 11x10, 11x10
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A dry box para duas bobinas foi feita a partir de um recipiente IKEA 365+ 10.6L (ligação para o modelo).
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Dry box para 1 bobina feita a partir de Vtopmart 4L um recipiente (ligação para o modelo).
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Organizador hub PTFE com 8 conectores (4 em cima e 4 em baixo) (ligação para o modelo).
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Suporte para bobinas para painel SKADIS (paralelo ao painel) (ligação para o modelo).
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Suporte para bobinas para painel SKADIS (perpendicular ao painel) (ligação para o modelo).
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Suporte para AMS Lite (ligação para o modelo). Vai precisar de parafusos e porcas M3, que pode encontrar aqui.
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Peça ao AMS Lite que fixe os tubos PTFE no lado de alimentação do filamento. (ligação para o modelo).
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Guias para os tubos PTFE que ligam o AMS Lite à impressora, para proteger o mecanismo do AMS Lite (ligação para o modelo).
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Guias esféricas para filamento, que permitem organizar facilmente o percurso do filamento (ligação para o modelo)
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Suporte para chaves sextavadas (ligação para o modelo)
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Suporte para chaves de caixa (ligação para o modelo)
A otimização do espaço descrita acima facilitou muito a utilização da impressora e do AMS Lite. Recomendo que também a faça.
Outras informações úteis
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Recomendo que visite a página sobre impressão 3D, onde encontrará muitas informações relevantes e ligações para artigos úteis, melhorias da impressora e acessórios.
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Também poderá ser-lhe útil a informação completa sobre tecnologias e normas de carregamento rápido através da porta USB.