Szafka na drukarkę 3D

3d 2019-03-24, 23:03,

Od jakiegoś czasu (to jest mniej więcej od 2013 roku, gdy po raz pierwszy opisywałem drukarki 3D po (nieistniejących już) targach CeBIT w Hanowerze, chodził mi pomysł zakupu takiego urządzenia. Jednak z wielu powodów (cena, stopień komplikacji, plastik ABS) powstrzymywałem się z zakupem przez te kilka lat. Na ostatnich targach IFA miałem jednak możliwość spędzenia czasu z drukarką Monoprice Select Mini V2, porozmawiania z inżynierami firmy i finalnie podjęcia decyzji o zakupie. O samej drukarce może jeszcze parę słów napiszę jak się z nią lepiej poznam, to co mogę powiedzieć po niespełna miesiącu, to drukuje PLA zgodnie z obietnicami w internecie. Jest jednak trochę piszcząca i szumiąca. Nie jest to hałas dużo większy niż w taniej drukarce atramentowej, różnica polega na tym, że te pięć czy dziesięć kartek A4 poleci z drukarki w kilka minut, a z wydruk z drukarki 3D trwa od dwóch do nawet szesnastu godzin. Jest co wyciszać.

Koncepcja szafki

Sama idea zamknięcia drukarki w szafce nie jest niczym nowym, wystarczy wpisać w ulubioną wyszukiwarkę odpowiednie hasło i pojawi się co najmniej kilka wyników, większość w całości do wykonania samemu. Są jednak rzeczy, które lepiej zlecić tym, którzy na tym znają się lepiej. W moim przypadku zleciłem produkcję samej szafki i przeszklonych drzwi, a sam zająłem się wentylacją, zasilaniem, uchwytami oraz zebraniem tego wszystkiego w jedną całość.

Pierwszy pomysł krążył wokół zlecenia lokalnemu sklepowi meblowemu wykonania kostki o wymiarach 50x50x50 i przeszklonych drzwiach. Ten pomysł umarł równie szybko co powstał, gdy usłyszałem cenę. Zacząłem więc szperać dalej w sieci. I niemal dokonałem zakupu szafki w BRW... niemal, bo sklep postanowił „idealny” model wycofać z oferty. Szukałem więc dalej i po nitce (szklany front) dotarłem do kłębka (korpus). Trop prowadził do najbliższego sklepu Ikea. Tutaj znalazłem pasujący front Jutis 40x60 oraz dopasowany do niego korpus o głebokości 38 cm. W sam raz na drukarkę, zasilanie i narzędzia, które też gdzieś trzeba trzymać. Wszystko za około 200 zł.

Składniki

Szafka sama się nie wypełni. Trzeba było zaprojektować kilka elementów, aby poskładać wszystko razem. Poniżej lista składników mojej szafki.

  1. Korpus Ikea Metod 40x60x38
  2. Front szklany Ikea Jutis 40x60
  3. 2x wentylator PC 12V Cooler Master 80mm (ze starego PC)
  4. 80 cm taśmy LED Neonica 5730 CRI 90+, 4000K 12V + złączki
  5. Zasilacz 12V (chwilowo Kanlux - nie polecam/odradzam)
  6. Złącza zasilające ze starego zestawu oświetlenia kuchennego Ikea
  7. Osłona wentylatora projektu mightynozzle (Thingiverse 2802474)
  8. AB-2 AB2 Mata butylowa BITMAT wygłuszająca 2mm
  9. K9s Pianka wygłuszająca kauczukowa 9mm samoprzylepna izolacyjna gumowa
  10. Przedłużacz
  11. Uszczelka do okien Tesa typ D
  12. Kilka elementów mocujących i prowadzących własnej produkcji (Fusion 360 + Cura)
  13. Rolka filamentu Fiberlogy Easy PLA

Poza oczywistymi elementami, które kupiłem lub miałem wcześniej konieczne było wyprodukowanie uchwytów itp. Z wyjątkiem grilla wentylatora wszystkie elementy zaprojektowałem w Fusion 360, pociąłem w Cura 3.x i 4.0 oraz wydrukowałem na MP Mini V2. Łącznie wydrukowanie wszystkich elementów zajęło jakieś 12 - 14 godzin.

Uchwyt na filament

Przyjąłem założenie, że szpula z filamentem nie musi znajdować się wewnątrz szafki. To znacząco zmniejszyło wymagania co do jej rozmiaru i ułatwiło projekt. Konieczne było jednak zamontowanie na czymś szpulki. Czymś, co najłatwiej opisać byłoby przemysłową rolką na papier toaletowy ;-). Kupując szafkę wrzuciłem do koszyka także okrągłą klamkę do drzwi. Wystarczyło dodrukować do niej odpowiednie uchwyty i mocowanie gotowe.

Rzeczywistość pokazała jeden błąd tego rozumowania - silnik krokowy ekstrudera wykonuje wiele mikroskopijnych operacji wciągania i wypychania filamentu. To wprowadzało szpulę w drgania i kołysanie. Po pierwsze hałaśliwe, po drugie odbijające się na jakości druku (zmienne naprężenie filamentu, prowadzące do przeskakiwania rolki ekstrudera). Rozwiązanie tego problemu okazało się banalnie proste. Użyłem włosia do usuwania kurzu z drzwi przesuwnych. To spowodowało, że rolka nie buja się i nie obija o prowadnice, jednocześnie zachowując lekkość przesuwu niezbędną, by silnik krokowy swobodnie pobierał filament w takich ilościach, w jakich jest to niezbędne.

Wentylacja

Jak zamyka się w dosyć szczelnym opakowaniu urządzenie, które podgrzewa blat drukujący do temperatury 60 stopni, a głowicę drukującą i filament do około 215 stopni Celsjusza to trzeba zapewnić także odpowiednią wentylację. Przyjąłem rozwiązanie oparte o dwa identyczne wentylatory o rozmiarze 80 mm. Wybór modelu i średnicy w tym wypadku był bardziej oparty na możliwości użycia posiadanych wiatraków z istniejącego komptuera niż jakimś naukowym pomiarem. Pomagały jednak chłodzić peceta pobierającego ponad 600W mocy, więc z chłodzeniem drukarki zasilanej zasilaczem 130W poradzą sobie bez większego problemu. Już po fakcie mogę potwierdzić, że w środku jest chłodno.

Wentylatory zamontowałem początkowo na małych kostkowych uchwytach przykręconych w dwóch punktach do szafki. Był to tak samo dobry jak i zły pomysł. Ogromną zaletą był czas druku mocowania - po 15 minutach mogłem je zamocować. Wady? Oczywiście jak to z wentylatorami bywa, poziom szumu i wibracje. Nie były jakieś straszne, ale to jeszcze nie była wersja finalna.

Wtyczki zasilaczy przerobiłem na końcówki używane przez stary zestaw oświetlenia szafkowego Ikea. Kostka pozwalająca podłączyć do czterech odbiorników była idealnym rozwiązaniem, pozwalającym na wygodną dystrybucję zasilania z zasilacza 12V.

Oświetlenie

Jak każdy chciałem mieć możliwość robienia zdjęć poklatkowych swoich wydruków. Idealnym rozwiązaniem do takiej produkcji są taśmy LED o dużej mocy i wysokim stopniu oddawania barw (CRI). Tak się złożyło, że z poprzedniego projektu zostało mi około dwóch metrów taśmy Neonica 5730 o barwie białej zimnej. Zamontowałem ją więc w postaci trzech pasków do wewnętrznej strony profilu drzwi (odpowiednio izolując końcówki). Aluminiowy profil drzwi stanowi przy okazji świetny radiator, dzięki któremu diody są zimne podczas pracy. Około 80 cm diód daje łącznie około 12W, a ilość światla przez nie generowanego powoduje, że iPhone schodzi z czułością do ISO 25. Można powiedzieć, że na tak małej powierzchni są wręcz oślepiające. Jednak przez przydymione szkło są „w sam raz”.

Do zasilania tymczasowo używam zasilacza Kanlux 15W/12V. Na liście produktów napisałem, że „nie polecam”, a w zasadzie wręcz odradzam. Po pierwsze przywitał mnie zimny lut na wyjściu SEC. Po rozebraniu okazało się, że obie nóżki terminal blocków nie do końca trzymają kontakt z płytką drukowaną. Profilaktycznie poprawiłem luty także po stronie 230V. Dodatkowo zasilacz nie do końca trzyma 12V. Napięcie wyjściowe pływa między 11.8V a 12.2V. Niby nie jest to dużo, jednak powoduje widoczną zmianę jasności LED oraz słyszalną dla ucha zmianę poziomu szumu generowaną przez wentylatory. Pewne jest zatem, że w bardzo krótkim czasie zasilacz ten zastąpię czymś o bardziej przewidywalnym napięciu wyjściowym.

Zasilanie LED poprowadzone jest również do kostki rozdzielajacej zasilanie po wszystkich elementach, a sam zasilacz podłączony jest do zasilacza znajdujacego się poniżej półki.

Wyciszenie

Po uruchomieniu szafki w tej formie było ciszej. Ale to jeszcze nie było to. Można było drukować wieczorem, ale dalej swobodne słuchanie muzyki po cichu nie było możliwe. Dykta w pleckach szafki robiła za płytę rezonansową, a i duże otwory wentylatorów nie pomagały. Czas zatem zastosować maty wygłuszające.

Zrobiłem szybkie przeszukiwanie w sieci, znalazłem kilka koncepcji rozwiązania, ale wszystkie sprowadzały się mniej więcej do użycia dwóch lub trzech warstw wyciszających. Najpierw warstwy kauczukowej lub asfaltowej, tłumiącej dźwięki o najniższych częstotliwościach, pianki o grubości kilku milimetrów, tłumiącej częstotliwości w średnim zakresie i opcjonalnie stożków akustycznych do wycięcia najwyższych częstotliwości.

Dla pewności napisałem maila do jednej z firm, w tym przypadku Bitmat z pytaniami czy to faktycznie dobra strategia czy może powinienem zrobić to inaczej. Maila wysłałem w środę późnym wieczorem, w czwartek rano już czekała na mnie odpowiedź. Postanowiłem więc dokonać zakupu w tym sklepie. Skoro obsłudze zależało to jest to dobra prognoza. W piątek rano kurier przywiózł towar, mogłem więc w sobotę zabrać się za realizację.

Co mogę powiedzieć o wyciszeniu? Mata kauczukowa jest paskudna w obsłudze. Klei się do wszystkiego i nieźle brudzi. Ale po przyklejeniu jest dobrze. Trzyma się właściwego miejsca i spełnia swoje zadanie. Mata piankowa jest nieco przyjemniejsza. Jednak trzeba opanować sposób jej cięcia. Bardzo łatwo postrzępić krawędzie. Jest też bardzo miękka, drukarka mi się w nią zapadła, przesłaniając od spodu otwór chłodzący elektronikę. Ale po wydrukowaniu czterech talerzyków 50mm z prowadnicą na oryginalne nóżki drukarki problem został rozwiązany.

To był pierwszy wydruk „po nocy” i efekt był prawie zadowalający. Problemem były dwa otwory 80x80mm na wentylatory, którymi uciekał cały hałas. Przyszedł zatem czas na...

Nowe osłony wentylatorów

Postanowiłem po pierwsze wyeliminować emisję światła, po drugie „skręcić” drogę dźwięku o 90 stopni i trochę go skompresować poprzez kształt osłon na wentylatory. Tym razem zbudowanych nie z małych kostek, a pełnych ramek 80mm, z wylotem skierowanym pod kątem prostym oraz porządnymi uszkami, którymi zostaną przykręcone do krawędzi szafki.

Zaprojektowałem model w Fusion 360 w taki sposób, by dał się wydrukować w jednym kawałku, bez podpór oraz w skończonym czasie. Widoczny na zdjęciach projekt wydrukowałem w temperaturze 210 stopni Celsjusza, przy grubości warstwy 0,2mm. Aby ograniczyć czas wydruku zastosowałem dwie ścianki zewnętrzne oraz 10% wypełnienia. Podstawa łącząca osłonę z wentylatorem i szafką ma grubość 2mm i jest to najmocniejszy kawałek wydruku. Pozostałe krawędzie wymodelowałem na około 1mm. Grubość absolutnie wystarczającą dla ilości pompowanego powietrza. Tak przygotowany model drukował się około 3,5 godziny / sztuka.

Po zamontowaniu osłon poziom szumu spadł drastycznie, światło przestało też uciekać z drukarki. Teraz na ścianie widać tylko delikatną poświatę. Ilość pompowanego powietrza w szafce nieznacznie spadła, ale nie wpłynęło to specjalnie na temperaturę w środku. Drukarka przepracowała ciągle ponad 12 godzin i nie dawała oznak przegrzania.

Podsumowanie

Drukarka 3D to ciekawe urządzenie. Z pewnością nie jest to rozwiązanie typu Plik / Drukuj, a nawet wtedy, po pierwsze wymaga ciągłej atencji (ryzyko zatkania, zablokowania czy w skrajnym przypadku nawet pożaru), po drugie drukowanie zabawek z internetu jest fajne przez pierwsze dwa dni. Ciekawe projekty można zrobić nawet przy tak małej powierzchni druku jak 12x12x12 cm, potrzeba jednak na to wielu godzin.

Wydruk w warunkach domowych, by nie był uciążliwy dla domowników i sąsiadów wymaga odpowiedniego wyciszenia i można to osiągnąć w sposób zarówno estetyczny, jak i niespecjalnie kosztowny. A przy okazji można otworzyć sobie możliwość zastosowania takich rozwiązań jak OctoPrint, by dodatkowo monitorować postęp wydruków.

Decydując się na takie urządzenie warto wziąć to pod uwagę. Ośmiogodzinny wydruk piszczących niczym syrena alarmowa silników krokowych może być męczący a odpowiednie wyciszenie powoduje, że nawet o północy dźwięk drukarki sprowadza się do lekkiego szumu, którego nie słychać już po przymknięciu drzwi do pomieszczenia.

 

Komentarze