Bộ lọc HEPA cho Máy in 3D

Máy Lọc Không Khí cho Máy In 3D

Máy Prusa i3 MK2S là một chiếc máy in tuyệt vời, đặc biệt dành cho người dùng cá nhân hoặc người dùng văn phòng quy mô nhỏ. Tuy nhiên, đây là một chiếc máy in thô, thiếu nhiều phụ kiện để nó trở thành một chiếc máy in hoàn hảo. Đây là phụ kiện đầu tiên trong loạt phụ kiện mà tôi thiết kế cho dòng máy i3. Các phụ kiện khác bao gồm:

• Vỏ máy

https://www.thingiverse.com/thing:2396990

• Giá đỡ cuộn dây

https://www.thingiverse.com/thing:2398480

• Máy chủ in OctoPrint

https://www.thingiverse.com/thing:2401423

Phụ kiện này được thiết kế để loại bỏ các hạt VOC và siêu mịn khỏi vỏ máy in.

Máy in 3D tạo ra các hạt VOC và siêu mịn như một sản phẩm phụ không mong muốn khi làm nóng chảy và đùn nhựa. Xem nghiên cứu gần đây từ Viện Công nghệ Illinois và Đại học Texas tại Austin và các tổ chức khác: http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.5b04983

Ngoài ra, một số sợi nhựa phát ra mùi khó chịu khi được nung nóng ở nhiệt độ cao.

Ban đầu, kế hoạch là dẫn khí đã lọc 100% ra bên trong vỏ máy (để loại bỏ hơi ẩm và giữ nhiệt) hoặc bên ngoài vỏ máy nếu nhiệt độ môi bên trong không phải là vấn đề. Cấu hình xả khí có thể được thay đổi trước mỗi lần in. Sau nhiều thử nghiệm, người ta đã xác định rằng một phần khí đã lọc (khoảng 40%) nên được tuần hoàn và phần còn lại được dẫn ra ngoài vỏ máy. Bằng cách dẫn một phần khí đã lọc ra ngoài vỏ máy, áp suất bên trong vỏ máy sẽ thấp hơn so với môi trường xung quanh. Điều này đảm bảo rằng không có không khí chưa lọc thoát ra khỏi vỏ máy trong quá trình in. Thiết kế Nozzle hiện tại đã đạt được điều này. Kèm theo là một tấm Restrictor để thay đổi tỷ lệ trộn thành 50/50% nếu tỷ lệ 40/60% làm nhiệt độ vỏ máy giảm quá nhiều khi in ABS hoặc các loại sợi nhựa khác yêu cầu nhiệt độ ổn định cao.

Thiết kế bao gồm một Extended Grate có thể dùng để chia khoang thành hai phần, một cho silica (làm khô) và một cho viên than hoạt tính (lọc VOC). Trong thực tế, người ta thấy rằng Activated Carbon Pellets cung cấp đặc tính hút ẩm đầy đủ và không cần silica. Nếu bạn gặp trường hợp khác, chỉ cần đặt Expanded Grate vào vị trí thích hợp trong khoang. Đổ đầy phần gần Fan bằng Activated Carbon Pellets và phần còn lại bằng Silica. Điều này đảm bảo tất cả không khí đều được lọc VOC.

Bộ lắp ráp này dựa trên thiết kế của RJ_Make, tích hợp bộ lọc HEPA ban đầu được thiết kế cho máy hút bụi iRobot và một khoang chứa Activated Carbon Pellets. Bản sửa đổi này khác với bản của RJ_Make ở các điểm sau:

• Vít thay thế dây thun để giữ các bộ phận lại với nhau,
• Số lượng bộ phận giảm bằng cách kết hợp nhiều bộ phận thành một,
• Nozzle thoát khí quạt có hai đầu ra - một cho bên ngoài và một để tuần hoàn không khí đã lọc bên trong vỏ máy,
• Thêm Exhaust Tube từ Nozzle đến Enclosure Grommet,
• Bao gồm Enclosure Grommet và Restrictor tùy chọn,
• Thông số kỹ thuật cho Fan và Speed Controller tùy chọn.

Cập nhật 7/12/2017: Đã xóa tệp "Chamber Top" vì không còn cần thiết.

Cập nhật 1/7/2018:

• Khôi phục chamber Baffle,
• Sửa đổi Chamber để giữ Baffle bên dưới mặt bích bộ lọc nhằm tạo khoảng trống giữa Bộ lọc và Baffle,
• Sửa đổi Filter to Motor và Expanded Grate bằng cách loại bỏ các hàng trên cùng để buộc nhiều không khí đi qua lớp than hoạt tính hơn,
• Hỗ trợ cho Fans thay thế.

Cập nhật 3/5/2019:

Thêm giá đỡ được gia cố nhờ sự đóng góp của beikeland.

Cài đặt in

Máy in:

Prusa i3 MK2S

Rafts:

Không

Supports:

Có

Độ phân giải:

0.20

Infill:

20%

Ghi chú:

Có thể sử dụng PLA hoặc ABS để in các bộ phận khác nhau. Nên sử dụng ABS hoặc PETG nếu nhiệt độ môi trường sẽ vượt quá 55°C.

Nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh (Tg) của Vật liệu:

• PLA = 60°C
• PTEG = 80°C
• ABS = 105°C

Cách tôi thiết kế

Thân chính

Thân chính bao gồm hai phần:

• Khoang chứa Carbon
• Bộ chuyển đổi khoang sang quạt

Hai bộ phận này được nối với nhau bằng keo epoxy, keo siêu dính hoặc keo nến. Cần cẩn thận căn chỉnh đúng cả hai bộ phận để bộ lọc HEPA có thể dễ dàng lắp vào phía trên của bộ phận lắp ráp. Bộ phận lắp ráp có thể đã được in thành một phần, nhưng điều đó sẽ dẫn đến việc sử dụng quá nhiều vật liệu hỗ trợ trên lưới ở phía trên khoang.

Chuẩn bị Vít giữ cho Nozzle & Bộ chuyển đổi khoang sang quạt

Các bộ phận này chứa các khe giữ đai ốc để giữ các vít M3x14 dùng để gắn các bộ phận này vào quạt. Đai ốc phải được lắp vào các bộ phận trước khi quạt được gắn vào từng bộ phận một. Phương pháp tốt nhất để thực hiện việc này là lắp tạm thời một vít có độ dài phù hợp vào phía quạt của bộ phận (mà không cần lắp quạt) và bắt đầu vặn đai ốc vào vít. Sau đó, đai ốc có thể được đặt đúng vị trí bằng cách siết chặt vít hoặc bằng cách gõ nhẹ vào đai ốc bằng một dụng cụ đục lỗ có kích thước xấp xỉ bằng đai ốc. Sau khi đai ốc đã được đặt đúng vị trí, hãy tháo vít.

Chuẩn bị Lắp đặt Quạt

Cần có High Static Pressure Fan để đẩy không khí qua các viên than hoạt tính với tốc độ dòng chảy chấp nhận được. Quạt được sử dụng (Xem BOM) được chọn vì kích thước (60x60x38mm), tốc độ dòng CFM và chi phí. Quạt này ban đầu được sử dụng trong máy tính Dell và có hệ thống 4 dây. Quạt được cung cấp với một đầu nối thường cắm vào bo mạch chủ Dell. Tháo đầu nối này ra. Kết nối dây ĐỎ và ĐEN với Đầu nối Đực như hình dưới đây. Lưu ý dây Đỏ nằm ở bên trái khi nhìn từ phía chân cắm của đầu nối. Bịt và cất dây Xanh lá và Vàng đi. Chúng không được sử dụng trong lắp đặt này.

CẢNH BÁO

Động cơ này cực kỳ nhạy cảm với cực tính. Đảo ngược chiều quay của động cơ quạt sẽ làm hỏng thiết bị!

Lắp đặt Quạt & Ống xả

Lắp Quạt vào các bộ phận tương ứng bằng 4 vít cho mỗi bộ phận lắp ráp. Fan và Nozzle có thể được xoay theo 4 vị trí. Xoay Fan sao cho dây nguồn được định vị theo yêu cầu lắp đặt của bạn. Tương tự, xoay Nozzle sao cho cổng tuần hoàn không khí không thổi vào bàn in nhưng không bị cản trở.

Lắp Exhaust Tube vào Nozzle. Đây là kiểu lắp ghép ép. Đảm bảo không có nhựa đùn nào làm tắc nghẽn lỗ Exhaust Tube hoặc mặt bích Nozzle. Exhaust Tube phải có thể xoay được sau khi lắp nhưng không quá lỏng đến mức rơi ra khỏi Nozzle. Xem bộ phận hoàn chỉnh bên dưới.

Lắp ráp Bộ lọc HEPA

Điều khiển tốc độ quạt tùy chọn

Quạt có thể hoạt động ở tốc độ định mức 100% bằng cách cắm đầu nối vào nguồn điện 12Vdc. Tuy nhiên, thường có những lúc tốc độ quạt chậm hơn là mong muốn. Trong những trường hợp này, có thể sử dụng Bộ điều khiển tốc độ để giảm tốc độ quạt và do đó giảm thể tích không khí lọc. Ban đầu, người ta cho rằng chiết áp điều khiển tốc độ sẽ tốt nhất đặt cách xa bảng điều khiển tốc độ và bảng điều khiển được tích hợp vào thân bộ lọc. Điều này tỏ ra không thực tế và bảng điều khiển cùng chiết áp hiện được đặt trong một hộp riêng biệt với đầu ra được kết nối với Fan thông qua một đầu nối tương ứng với đầu nối được lắp trên Fan ở các bước trên. Các tệp cần thiết để in nắp trên và nắp dưới của Control Box đều có trong phần tệp.

Có sẵn một bộ điều khiển tốc độ thay thế với chiết áp được tích hợp trên bảng điều khiển. Bộ phận thay thế được liệt kê bên dưới trong BOM. Điều này sẽ yêu cầu sửa đổi hộp điều khiển đi kèm vì kích thước cần thiết nhỏ hơn một chút và chiết áp cùng bảng điều khiển được định vị khác nhau.

Việc đấu dây bảng điều khiển giống hệt nhau cho cả hai phiên bản bảng điều khiển. Xem bên dưới.

Cẩn thận

Cực tính của bảng điều khiển rất quan trọng. Đảo ngược cực tính có thể làm hỏng Control Board và Fan. Đối với lắp đặt này, điện áp đầu vào phải là 12VDC.

Sơ đồ đấu dây bảng điều khiển tốc độ

Giá treo bộ lọc

Giá treo bên dưới được thiết kế để bắt vít vào bề mặt thẳng đứng.

Giá treo tường bộ lọc

Lắp đặt trong vỏ Prusa i3 MK2S

Hình dưới đây cho thấy Bộ lọc HEPA được lắp trong vỏ Prusa i3 MK2S. Lưu ý vị trí của Mount, Exhaust Tube, và dây nguồn. Không nhìn thấy là lỗ thông hơi tuần hoàn của Nozzle, lỗ này hướng xuống. Ngoài ra, hãy lưu ý đầu nối Fan đến Speed Controller chỉ có thể nhìn thấy bên dưới thanh đỡ i3 phía trên.

Cập nhật 1/7/2018

• Đã giới thiệu Baffle sẽ được lắp bên dưới mặt bích HEPA filter trong Chamber. Điều này cho phép luồng không khí từ toàn bộ chiều dài bộ lọc, đồng thời buộc toàn bộ luồng khí đi qua nhiều lớp than hoạt tính hơn.
• Chamber đã được sửa đổi để thêm một mặt bích bên dưới mặt bích bộ lọc, cách Baffle một khoảng. Mặt bích kéo dài từ Fan Grate về phía sau 50mm. Điều này cho phép Baffle được lắp và tháo ra mà không cần keo dán.
• Một số hàng lỗ đã được loại bỏ khỏi Chamber to Fan và Extended Grate để ngăn luồng không khí bỏ qua lớp than hoạt tính.

Hướng dẫn lắp ráp

• Lắp Baffle bằng cách đặt nó vào phần sau của Chamber và trượt Baffle về phía trước giữa hai mặt bích trong Chamber. Baffle có thể được làm kín với Chamber bằng băng dính, RTV, keo nóng chảy, v.v., tùy ý.
• Đổ đầy Chamber bằng viên than hoạt tính san bằng với phần sau của Baffle trong khi giữ bộ phận lắp ráp hướng về phía Fan.
• Đặt Extended Grate về phía trước để giữ chặt than. Baffle có hai mặt bích tích hợp ở phía dưới phía sau sẽ giữ Extended Grate ở cạnh phẳng phía trên.

Quạt được hỗ trợ bổ sung

Hai quạt bổ sung đã được thêm vào BOM để cung cấp các mức độ tiếng ồn và luồng không khí khác nhau:

Số hiệu bộ phận Quạt RPM CFM Độ ồn Chiều dài Noctura NF-A6x25 FLX 3000 17 19Dba 25mm Sunon PMD1206PMB3-A 6000 42 47Dba 38mm San Ace 9G0612G101 11.800 65 58Dba 38mm Quạt Noctura hầu như không có tiếng ồn nhưng luồng không khí không đủ để làm sạch Enclosure trong thời gian thực. Sau khi in PLA trong một giờ, cần thêm một giờ nữa để loại bỏ tất cả mùi có thể nhận thấy khỏi Enclosure. Luồng không khí dường như đủ để tạo ra chân không nhẹ trong Enclosure, do đó giữ các hạt nano bên trong Enclosure. Nhiệt độ tăng bên trong Enclosure ở mức vừa phải, chỉ tăng 5°C lên 35°C với nhiệt độ bàn là 60°C. Cần thận trọng không mở cửa Enclosure trong một khoảng thời gian để cho phép tất cả các hạt nano có thể loại bỏ được loại bỏ.

Quạt Sanon đủ dùng cho hầu hết các ứng dụng. Mức độ tiếng ồn chỉ đáng chú ý khi máy in không chạy. Quạt làm mát đầu nóng của Prusa i3 MK2S át tiếng quạt Sanon trong quá trình in.

Cuối cùng, quạt San Ace nên được sử dụng khi cần luồng không khí tối đa để giảm nhiệt độ Enclosure.

Phần tùy chỉnh

Danh mục vật liệu (BOM)

• Sợi PLA hoặc ABS
• 8 vít M3x14

https://www.amazon.com/gp/product/B0143GZU4W

• 8 đai ốc khóa M3

https://www.amazon.com/gp/product/B01N90UFNA

• Quạt áp suất tĩnh cao:

  • Noctura NF-A6x25 FLX

  https://www.amazon.com/gp/product/B009NQMESS

  • Sunon PMD1206PMB3-A

  https://www.amazon.com/gp/product/B00608LYVK

  • San Ace 9G0612G101

  https://www.digikey.com/product-detail/en/sanyo-denki-america-inc/9G0612G101/1688-1409-ND/6192125 - 4 vít M3x60mm để lắp quạt San Ace. https://www.amazon.com/gp/product/B076XKGNDB

• Bộ điều khiển tốc độ quạt

https://www.amazon.com/gp/product/B00RYKR83Q hoặc https://www.amazon.com/uniquegoods-Controller-1803BK-Adjustable-Driver/dp/B00QGMESHM

• 1 bộ Jack/Phích cắm phân cực nguồn

https://www.amazon.com/Hilitchi-300Pcs-Housing-Terminal-Connector/dp/B0188YKCFC

• 1 Bộ lọc HEPA Roomba 800

https://www.amazon.com/MZY-LLC-Filters-Replacement-Robotic/dp/B00K7DMEJ0

• Viên than hoạt tính dạng viên lớn

https://www.amazon.com/gp/product/B000YIWT20

• Hạt gel silica chỉ thị hút ẩm

https://www.amazon.com/Premium-Desiccant-Indicating-Industry-Standard/dp/B01I5Y2DG6

Danh mục: Phụ kiện máy in 3D