Kolejny tekst z serii będzie poświęcony siłom natury – zajmiemy się okiełznaniem jednego z żywiołów jakim jest powietrze 🙂
W tym artykule chciałbym Wam przybliżyć temat wymiany chłodzenia w Twojej drukarce 3d. Zanim się za to zabierzemy, musimy odpowiedzieć sobie na jedno ważne pytanie: co tym razem zyskam? Biorąc pod uwagę, że koszty tego przedsięwzięcia nie muszą być duże (40-50 zł + elementy drukowane) warto to zrobić, a powody są co najmniej dwa. Ale po kolei.
Większość budżetowych drukarek 3d ma – delikatnie rzecz ujmując – niezbyt wydajne podzespoły. O ile chłodzenie hotendu w większości wypadków wystarczy to chłodzenie skierowane na wydruk może być niewystarczające. Doskonałym przykładem tutaj są wszystkie modele Creality – Ender 3, Ender 5, itp. Podchodząc do tematu szczegółowo – w obudowie karetki mamy dwa małe wentylatory. Na hotend wieje wentylator 4010 (40mm średnicy, 10mm grubości), na wydruk zaś wieje prosta turbinka 4010, ale tylko z jednej strony! To powoduje, że wydruki mogą być gorszej jakości, szczególnie wydruki z PLA. Dlatego też pierwszy powód ich wymiany to wydajność.
Fabrycznie zamontowane wentylatory ze względu na swoje małe gabaryty są przede wszystkim… głośne. Każdy wentylator ma określone możliwości i przepływ powietrza który potrafi wygenerować. A powietrze to generuje przez ilość obrotów które może zrobić. Im szybciej wentylator pracuje, tym większy szum powietrza generuje, tym jest głośniejszy. A takich wentylatorów w drukarce macie co najmniej cztery – dwa na karetce i dwa przy elektronice. I to jest właśnie drugi powód ew. zmiany – generowany hałas.
Poniżej macie przykład trzech wentylatorów o tych samych wymiarach – jak widzicie, każdy z nich generuje inną ilość przepływającego powietrza.
Wymiana wentylatorów ze względu na wydajność
Wentylator wiejący na hotend musi pracować na 100% mocy, ponieważ musi umieć schłodzić radiator, który odbiera temperaturę z bloku grzewczego. Jednak musisz pamiętać, że temperaturą, którą osiąga blok grzewczy i dysza są zależne od tego co drukujesz (z jakiego filamentu będzie model). Przy druku z PLA to może być raptem 200℃, przy druku z PET-G to będize 240℃, ale już przy druku z ASBu blok grzewczy osiągnie 270℃. A to wszystko, poprzez gardziel jest kierowane do radiatora. Od wydajności tego chłodzenia zależy czy filament nie będzie się topił zbyt wcześnie i nie będzie się blokował w łączniku.
Zatrzymajmy się tutaj na chwilę i poznajmy trochę teorii które może się nam przydać.
Wydajność wentylatorów nie jest określana ani ich obrotami (aczkolwiek im szybciej wentylator się kręci, tym więcej powietrza tłoczy) ani wielkości (ale ponowie – im większy tym więcej powietrza). Jest określana parametrem CFM.
CFM to z jęz. angielskiego cubic feet per minute, czyli objętość powietrza w stopach sześciennych, która zostanie przemieszczona w czasie jednej minuty. W przeliczeniu: 1 CFM = 1,699021 m3/h (1699021 cm3/h ; 0,47195 litra na sekundę). Ten parametr mówi nam dosłownie ile powietrza wentylator może dostarczyć. I tym parametrem (lub podobnym, wyrażonym w systemie metrycznym) należy się kierować głównie w przypadku wyboru wentylatora na hotend. Warto poszukać na stronie producenta jaką wartość CFM zaleca do chłodzenia jego hotendu i tak dobrać wentylator, żeby dał radę spełnić swoje zadanie. Jednak biorąc pod uwagę, że np. E3d V6 wymaga około 5CFM co daje 8m3 to raczej większość popularnych wentylatorów da radę.
Ta wymiana w wielu przypadkach jest dosyć prosta, bo możesz wymienić fabryczny wentylator na model o takich samych wymiarach ale lepszej firmy (np. Sunon lub Noctua) lub możesz delikatnie zwiększyć rozmiar tego wentylatora (głównie ze względu na jego grubość).
Wchodząc na różne sklepy możesz spotkać się z oznaczeniami typu 4010, 5015, 7545. Liczby te są bardzo proste – 4010 to wentylator o średnicy 40mm i grubości 10mm, 5015 to 50mm średnicy i 15 mm grubości, itd.
Wentylator wiejący na wydruk to trochę bardziej złożony temat. Porządny i mocny nawiew potrzebny jest tylko przy druku z PLA, pozostałe filamenty wymagają zdecydowanie mniejszego nawiewu (a czasami nie wymagają go w ogóle jak ABS). Jednak równie ważne jak moc tego chłodzenia jest chłodzenie dookoła. Wtedy mamy pewność, że ścianki będą równe, a filament ładnie się ułoży. Aby zmienić chłodzenie kierujące na wydruk trzeba już przygotować nową obudową karetki.
Tutaj jednak wymagane będą trochę większe zmiany, ponieważ oprócz samych wentylatorów potrzebujesz również nowego mocowania dla nich. To może przysporzyć pewnych problemów, gdyż takie obudowy najlepiej wydrukować z ABSu lub PET-G. Jeśli nie masz komory to drukowanie ABSem się nie uda, ale w wielu przypadkach wydruk z PET-G wystarczy. Chodzi oczywiście o odporność na wyższe temperatury – to, że tylko blok grzejny ma 200 stopni nie oznacza, że obok niego nie jest ciepło. A PLA robi się plastyczne już przy 60 stopniach, tak dla przypomnienia.
Większość z nas wybiera wtedy takie mocowania, do których można wstawić wentylatory typu blower, czyli turbiny 5015, czyli wentylatory wiejące w trochę inny sposób niż zwykle. Modele o oznaczeniu 5015 czyli 50mm średnicy i 15mm grubości to najpopularniejszy wybór na rynku. Są całkiem wydajne, względnie ciche i łatwo dostępne. Mając taki zestaw złożony z dwóch sztuk, możesz ustawić każdy z nich na 50% mocy co i tak przełoży się na duża większe możliwości niż fabryczny komplet, a dzięki temu ich praca będzie cichsza. W miarę możliwości planujemy przygotować krótki film z pomiarami takich głośności takich wentylatorów.
To, jakie mocowanie wybierzesz to już Twoja decyzja. Popularne rozwiązanie to Hero Me Gen (obecnie generacja 5 – wspiera 16 drukarek, 8 hotendów, itd.), Petsfang czy BantaMount. Jednak musisz pamiętać, że mocowanie musi pasować do Twojego modelu drukarki, hotendu i dodatków. Na Thingverse znajdziesz wiele różnych realizacji, dla przykładu Hero Me Gen ma prawie 3 miliony możliwych kombinacji!
Ja osobiście korzystam z polskiego projektu EVA autorstwa Pawła Kucmusa ze względu na fakt przerobienia osi X na prowadnice liniowe. Do tego mam założony wentylator Sunon 4020 na hotend (bardzo wydajny model) oraz pojedynczą turbinę Sunon 5015 na wydruk. Montaż tego zestawu w moim Enderze 5 jest bardzo prosty, przy okazji zyskałem lepsze prowadzenie karetki. EVA podobnie jak wspomniane wyżej mocowania maja możliwość konfiguracji pod wiele ustawień. Wcześniej korzystałem z Hero Me Gen v4 z dwoma turbinami, ale ze względu na zmianę prowadzenia osi potrzebowałem czegoś innego i bardzo się cieszę z podjętej decyzji. Nowa karetka jest mniejsza, a ja mam łatwy dostęp do wszystkich dodatków jak BL-Touch czy czujnik ADXL345 do mierzenia rezonansu.
Wymiana chłodzenia ze względu na komfort pracy
Drugi powód dla którego warto wymienić wentylator to komfort Twojego otoczenia, czyli cichsza praca. Jeśli drukarka stoi w piwnicy, a Ty śpisz na piętrze domu to generowany szum nie będzie Ci przeszkadzał. Jeśli jednak drukarka stoi za ścianą albo koło biurka przy którym pracujesz to 12h dziennie takiego szumu może irytować. Wiem coś o tym, gdyż u mnie drukarka stoi za plecami. Lepsze wentylatory zazwyczaj są cichsze, a jeśli zrobić je odpowiednio duże – sytuacja może ulec diametralnej poprawie. Oczywiście tutaj w parze idzie również dobra komora (o której wspomnimy później), ale i tak same wentylatory potrafią sporo zmienić.
Wentylatory na karetce drukarki ciężko sensownie wyciszyć lub zamontować większe, ale oprócz niż mamy w drukarce 3d jeszcze inne elementy do schłodzenia. Mowa tutaj o elektronice czyli o płycie głównej i zasilaczu.
W przypadku Endera 5 fabryczną elektronikę chłodzi ponownie wentylator 4010, a zasilacz 6015. Dla małej poprawy można wydrukować specjalne zaślepki które skieruję wlot powietrza w inną stronę, ale ja poszedłem o krok dalej i zrobiłem drastyczną zmianą – wyciągnąłem zasilacz na zewnątrz (co jest mocno zalecane), poza komorę którą zbudowałem, wyciąłem połowę obudowy zasilacza, usunąłem fabryczne graty i zamontowałem dwa wentylatory… 120mm 🙂 Fakt, że są olbrzymie, ale w tym przypadku miejsce mnie nie ograniczało. Jednak ich największą zaletą jest cisza – te wentylatory robią raptem 1500 obrotów na minutę i generują niecałe 20dB hałasu, czyli nic. Dla porównania – dobry wentylator 4010 generuje przepływ 9-10m3/h, wentylator 6015 wydmucha do 40m3/h. A każdy z tych modeli 120mm może przepchać prawie 80m3/h! Jeden z nich wieje na zasilacz, drugi na całą elektronikę jaką mam, a wyniki możecie zobaczyć poniżej – ile stopni ma gorący stepstick a ile zimny.
Jednak tak zmiana może wymagać jeszcze więcej pracy i kombinowania, trzeba to dobrze przemyśleć. Jednak jeśli masz drukarkę blisko siebie, a często drukujesz całymi godzinami czy dniami – przemyśl to. Ja często zostawiam wydruk na noc, który kończy się koło 2-3 nad ranem – pracujące do rana wentylatory kompletnie nie przeszkadzają domownikom.
Na zdjęciu powyżej widzicie – na pierwszym planie turbinkę 4010 do chłodzenia wydruku, wentylator 4010, który chłodził hotend i elektronikę, wentylator 6015 chłodzący zasilacz. To wszystko było w zestawie.
Ja natomiast zamieniłem to na 2x 120mm na elektronikę i zasilacz, turbinę 5015 na wydruk i 4020 (nie ma go na zdjęciu) na hotend.
Na co zwrócić uwagę przy wyborze wentylatorów.
Pierwszy element na który musisz zwrócić uwagę to napięcie zasilania nowych podzespołów. Większość drukarek ma zasilacze pracujące z napięciem wyjściowym 24V na płytę główną i to niestety jest zła wiadomość, gdyż większy wybór wentylatorów jest na 12V. O ile modele pracujące na 24V w wersji 4010 czy 4020 są dostępne o tyle dobre wentylatory 5015 ciężko znaleźć. To, z jakim napięciem pracuje akurat Twoja drukarka znajdziesz na zasilaczu lub w instrukcji obsługi.
Tutaj z pomocą przychodzą przetwornice, czyli małe moduły elektroniczne zmniejszające napięcie zasilania z 24V na 12V, ale to wymaga posiadania miernika (żeby ustawić odpowiedni prąd), trochę umiejętności lutowania i ogólnego ogarnięcia w pracy przy prądzie. Można też kupić przetwornice z małym wyświetlaczem, który pokazuje ustawiony prąd, ale miernik i tak przyda Ci się przy pracy z drukarką.
Jeśli nie czujesz się na siłach, lepiej odpuść, bo chwila nieuwagi i można sobie spalić całą płytę główną, a wtedy naprawa będzie wymagała większej kasy, czasu i cierpliwości.
Druga kwestia to wspomniane już rozmiary wentylatorów – najpierw wybierz odpowiedni model obudowy karetki, a potem dobierz osprzęt. Bardzo dobrą ofertę, choć nie najtańszą, ma sklep tme.eu. Osobiście odradzamy zakup na Aliexpress – to, że coś ma naklejkę Sunon Maglev nie znaczy, że to jest Sunon. Zrobisz jak uważasz, ale dobre wentylatory nie są takie drogie – 50 zł w zupełności wystarczy na zmiany w karetce.
Czy są inne rozwiązania?
Niektórzy z Was zapytają zapewne, czy można zastosować inne znane nam rozwiązanie, np. chłodzenie wodne. Tak, są takie projekty, jednak ja osobiście ich nie stosowałem. Wydaje mi się to przesadą, aczkolwiek taki rodzaj chłodzenia jest już bardzo kompleksowy – wtedy chłodzi się silniki krokowe, co przy długotrwałym druku w komorze jest jak najbardziej uzasadnione.
Jest też jeszcze jeden typ chłodzenia, stosowany głównie na wydruk, mianowicie pompka próżniowa berd-air. Pomysł ten wydaje mi się bardzo ciekawy, ale z racji małej wiedzy na ten temat – nie chcę się rozpisywać.
Podsumowanie
Wymiana chłodzenia nie jest tematem obowiązkowym, jednak naprawdę wartym rozważenia. Szczególnie fakt wymiany obudowy karetki, który przy okazji umożliwi wymianę hotendu na lepszy czy dołożenie np. czujnika autopoziomowania powoduje, że przy okazji można zrobić i to. Ale jak to w życiu – do niczego nie namawiamy, jednak my osobiście nie wyobrażamy sobie pracy na fabrycznych wentylatorach.
Czy mój zestaw to przesada? Moim zdaniem – nie. Na karetkę i tak kupiłbym takie same, a chłodzenie elektroniki jest teraz bardzo, bardzo ciche. Muszę też dodać, że ja w obudowie zasilacza mam płytę główną z wymiennymi stepstickami, przetwornicę oraz dwa zewnętrzne mosfety, dlatego zależyło mi na czymś, co dostarczy odpowiednią ilość powietrza na wszystkie podzespoły. Zresztą drukarki typu BLV Cube czy HeVORT również stosuję wentylatory 120mm na elektronikę, właśnie ze względu na niski poziom szumu.
Na koniec… ciekawostka
Poniżej widzicie zdjęcie prostej obudowy dla Raspberyy Pi 4B, która u mnie obsługuje drukarkę (jako podstawa dla Klippera, ale o tym kiedy indziej). Na początku Malinka nie była chłodzona w ogóle co przekładało się na temperaturę około 45℃. Po wydrukowaniu obudowy i zamontowaniu wentylatora (a to wentylator na 12V, Malinka dostarcza 5V, więc wentylator chodzi nawet nie na połowie mocy) temperatura spadła do 36℃. Po czym poprawiłem górę obudowy, skróciłem maksymalnie kable, żeby nie zasłaniały elektroniki teraz mikro-komputerek podczas pracy ma… 34℃.
Jak widać – chłodznie, nawet na pół gwizdka zawsze coś daje, dlatego warto je stosować.
