Bộ tách bụi cyclone dạng axial flow cỡ nhỏ

Mình có một máy CNC router Stepcraft nhỏ trong nhà, và để giảm tiếng ồn thì mình dùng một máy hút bụi dạng canister Miele nhỏ có túi (bag) và thêm một lọc HEPA phụ, để ở chế độ ít ồn nhằm hút bụi và hạt vụn khi cắt.

Mình cần một cái dust separator nhỏ để tiết kiệm diện tích trên mặt bàn. Túi máy hút bụi đầy rất nhanh nếu không có hệ thống tách bụi.

Cắt MDF tạo ra loại bụi rất mịn và nhẹ, nên dust collector kiểu thường không làm tốt nếu không có airflow lớn, mà lại quá cồng kềnh so với chỗ mình.

Thiết kế này có một hộp chứa bụi nhỏ, có thể tháo ra và đổ nhanh giữa các job, và thực tế thì một job cũng khó mà làm đầy. Nếu dùng chai/lọ trong suốt thì mình nhìn được mức bụi bên trong.

Cyclone có 4 phần.

1. Ống ngoài (outer tube) giới hạn luồng khí; nó có cổng vào (inlet) ID 28mm để gắn với ống hút bụi của CNC

2. Cánh quạt (impeller) có 4 cánh, không khí đi quanh hình “giọt nước” (teardrop) ít cản mà không làm giảm tiết diện dòng chảy. Góc cánh so với hướng airflow chỉ vài độ (khoảng 5°) ở phía inlet và khoảng 80° ở phía sau. Cách này xoắn luồng khí tạo vortex để hất các hạt nặng ra phía ngoài.

3. Tấm tách phía sau (back splitter) hứng các hạt ở phía ngoài ống và dẫn chúng vào hộp chứa qua cổng 25mmOD. Không khí sạch nằm ở giữa vortex và được hút ra qua ống trung tâm ID 28mm vào máy hút bụi.

4. Hộp chứa bụi (dust collector), trường hợp của mình là một hộp nhựa cứng có khoét lỗ trên nắp. Chỉ cần vặn ra là đổ bụi. Nên làm nó nặng hơn hoặc thêm đế nặng để đặt trên bàn không bị lật dễ.

Ống ra (outlet hose) đường kính 28mm có thể đẩy vào/đẩy ra để xem hiệu quả thu bụi có cải thiện không; mình để đầu ống cách phía sau hình teardrop khoảng 1 đường kính (28mm). Cập nhật: nếu bạn không muốn dùng outlet hose, hãy in 2 ống (tubes) và chọn bản dài hoặc ngắn để xem có tăng hiệu suất tách không.

Mình dùng PLA trong suốt để nhìn được bụi tách ra mép ngoài như thế nào. Với mình thì luồng khí quay khoảng 2 vòng rồi mới thoát ra vào hộp chứa. Mình có thể rút ngắn lại hoặc giảm góc phía sau của impeller (để giảm cản airflow), nhưng hiện tại lực hút vẫn đủ để gom được mạt cắt từ router. Đường layer sẽ giữ bụi lại; nếu có thể, hãy làm mịn tất cả bề mặt mà không khí đi qua.

Tất nhiên nó sẽ không cho qua các mảnh gỗ to hay tóc dài — chúng sẽ bị quấn vào impeller.

Mình test cơ bản với 35g bụi gồm chủ yếu là bụi MDF, một ít mạt ABS và acrylic mịn, một ít hạt media phun cát rất mịn, và một ít phấn viết vỉa hè của trẻ em (màu tím) đã được giũa ra. Đống nhỏ đó nặng 35.88g trước khi hút, và khi đổ hộp chứa ra thì nặng 35.84g. Cân 100g của mình bị trôi số một chút nên mình không nói chính xác bao nhiêu bụi lọt qua cyclone, nhưng mình thấy có vệt ám tím nhẹ ở mặt trong đoạn ống xả của ống hút bụi sau khi cho bụi chạy qua 3 lần.

Mình hút đống bụi từ từ với tốc độ mình nghĩ tương đương khi cắt. Mình chắc chắn hiệu quả tách sẽ giảm nếu chọc hẳn ống hút vào đống bụi và hút thật nhanh.

Printing

In 3 phần chính cần support cho impeller và phần sau (back section). Mình dùng Bambu X1C với layer height 0.24mm và line width 0.5mm, 3 walls và 20% infill.

Impeller - Bạn có thể in impeller hình giọt nước dựng đứng trên đầu nhọn sẽ dễ thành công hơn; có thể đẩy đầu nhọn “chìm” vào buildplate 2–3mm và dùng brim để giữ cho tới khi phần support và các cánh bắt đầu được in. Vệ sinh support cũng sẽ dễ hơn. Dùng keo ở đầu impeller để tránh bị va làm đổ (mình đã bị).

Nếu in mặt tròn úp xuống, hãy hạ nó vào buildplate 2mm và cũng dùng brim + supports.

Hose adapters: in cả 2 hose adapter với vòng profile bo tròn đặt xuống buildplate để cái flange tì vào phần Top được in vuông vức. File STL bản dài (long version) nên đã được xoay đúng hướng.

Máy mình mất 3 giờ để in 3 phần khi để impeller dựng đứng và hạ xuống 1.5mm. Slicer báo dùng 117g filament (tính cả support và brim).

Nếu dùng adaptive layers thì lâu hơn khoảng 20 phút.

Assembly and Use

Impeller của mình fit rất khít trong ống nên ban đầu mình không dán keo, nhưng khi test với một máy Shop-vac nhỏ thì nó đẩy impeller lùi ra sau, nên giờ mình đã dán cố định.

Giai đoạn này mình chỉ dùng caulking để làm kín chỗ dust collector; mình có thử thêm một flange nhưng hiệu quả kém hơn mình nghĩ. Mình đề nghị bạn tự thiết kế phần nối cho ống ngắn (short tube) hoặc dán một adapter vào. Tùy loại collector bạn dùng.

Phần top và bottom không có cơ chế khóa cứng; mình dùng caulking, khi cần mở ra thì vẫn gỡ được.

Nếu bạn thật sự cần airflow lớn hơn, có thể dùng 2 cái mắc song song (parallel), cả hai đều xả vào cùng một hộp.

Một trong những vấn đề lớn nhất của mình là tích điện tĩnh (static). Có các loại filament chống tĩnh điện ("ESD-safe" hoặc conductive) có thể giúp nếu bạn gặp tình trạng này. Trường hợp của mình là cửa hút làm các hạt nhựa nhỏ bay tứ tung do bị đẩy ra, hoặc bụi bám bên ngoài ống.

Files:

Có 2 bản “Top”: bản vuông (square) cần ít support bên ngoài hơn và support bên trong khoang có thể không cần gỡ. Bản xoắn (spiral) có nhiều support bên ngoài hơn (dễ gỡ hơn). Về chức năng thì không khác biệt đáng kể. Cả hai sẽ có support ở cổng outlet, khá mệt để gỡ nhưng có thể không cần.

Hình minh họa có một phiên bản không có đoạn ramp ra outlet. Bản đó chỉ giữ bụi nên không có file.

Có kèm file STEP cho ai muốn remix mẫu.

Nhắc lại: in cả 2 hose adapter với vòng profile bo tròn đặt xuống buildplate để cái flange tì vào Top được in vuông.

Update 28/9/2024

Mình thêm 3 phần: hai ống lắp vào đường xả (exhaust), một ống dài hơn ống kia và có thể dùng thay cho ống mềm (flexible hose). Đồng thời thêm một cái strap đơn giản để giữ hai nửa cyclone lại với nhau nếu bạn không muốn dán cố định. Dùng một sợi thun ngắn để giữ hai đầu strap, hoặc dây rút. Dù lắp chiều nào cũng được, nhưng nếu nhìn kỹ mặt trong strap bạn sẽ thấy có một chiều ôm khớp đầu chi tiết tốt hơn và giữ 2 phần sát nhau hơn.

Update 17/2/2026

Có bạn góp ý strap không vừa với square top, nên mình đã sửa Spiral top để phần top thành dạng vuông và in dễ hơn nhiều.

Remixes:

Ai remix có thể thử impeller khác, hoặc ống hẹp hơn.

Một số thiết kế máy hút bụi thương mại đóng đầu ống xả và dùng một đoạn ở cuối làm “lọc”, kiểu đục nhiều lỗ nhỏ ở thành ống. Cái này có thể khó in, dùng một lớp lưới mịn quấn quanh có thể hợp lý hơn. Mình có thử lưới ở đầu ống nhưng dùng một thời gian thì bị nghẹt bởi hạt.

Cũng hay gặp kiểu bỏ luôn hình khí động học ở giữa và chỉ dùng các cánh để xoay khí trong một ống hẹp; ống hẹp có khi lại tách bụi mật độ thấp tốt hơn. Không hiếm khi thấy các cụm axial flow cyclone chạy song song để giảm backpressure.

Tích hợp sẵn vacuum hose adapter sẽ tiện cho một số người. Mình dùng ống thoát nước máy rửa chén dạng gân (corrugated dishwasher drain hose) vì dễ kiếm, rẻ, và không bị xẹp dưới áp suất hút. Bạn có thể biết lựa chọn khác tốt hơn.

Dù lý thuyết là trọng lực sẽ kéo bụi xuống, nhưng theo quan sát của mình thì lực quay mạnh tới mức bụi bị hất thẳng vào hộp chứa bất kể hướng, nên có thể dùng inline collector để giảm diện tích hơn nữa.

Axial flow cyclone không phổ biến trong máy hút bụi thương mại; cái duy nhất mình biết là dòng Eureka Whirlwind NEN110, dùng cấu hình cổ điển: rác đi bên ngoài ống xả rồi rơi xuống bẫy rác tích hợp. Cấu hình này có thể linh hoạt hoặc hiệu quả hơn.

Nó cũng có thể hoạt động theo cấu hình cyclone phổ biến hơn nếu bạn đổi chỗ inlet và ngõ ra thu hạt (particle collection output) và bỏ impeller đi. Mình chưa thử.