Bộ tản nhiệt CPAP tích hợp van cánh lật WS7040 cho máy in 3D

Đây là hệ thống làm mát CPAP tích hợp van cánh lật, sử dụng quạt thổi WS7040 để làm mát chi tiết in một cách chính xác và mạnh mẽ! Các linh kiện điện tử WS7040 được tích hợp trực tiếp vào mô hình, còn van cánh lật thì tận dụng động cơ bước từ Creality Ender 3 mà có thể bạn đang có sẵn!

Với hầu hết các bản dựng máy in 3D, chúng ta thường phải lựa chọn giữa:

• Quạt gắn trên đầu in (toolhead). Cách này làm mát ít hơn, nhưng quạt tăng giảm tốc độ rất nhanh, giúp làm mát ổn định khi cần. Ví dụ: khi in cầu (bridge), quạt sẽ tăng tốc nhanh để làm mát đúng cách, và khi kết thúc cầu, quạt sẽ giảm tốc nhanh chóng để phù hợp với các lớp in còn lại.

• Làm mát CPAP (không dùng van). Cách này làm mát tốt hơn đáng kể cho việc in nhanh, nhưng có nhược điểm: quạt thổi WS7040 thường mất rất nhiều thời gian để tăng và giảm tốc. Ví dụ, khi bắt đầu in cầu, thời gian tăng tốc của quạt có khi chưa đạt đỉnh thì cầu đã in xong, và khi cầu kết thúc, quạt vẫn giữ nguyên tốc độ cao đó quá lâu so với yêu cầu của các lớp in tiếp theo.

Tuy nhiên, với mô hình này, WS7040 có thể hoạt động ở bất kỳ tốc độ liên tục hoặc thay đổi nào bạn muốn, với luồng khí được đóng mở tức thì nhờ van cánh lật, thậm chí còn nhanh hơn cả các thiết lập quạt làm mát thông thường! Đây không chỉ là sự kết hợp hoàn hảo mà còn loại bỏ hoàn toàn nhược điểm của cả hai phương pháp làm mát truyền thống! Bạn còn có một "cửa sổ" nhỏ trên van để theo dõi vị trí thực tế của cánh lật nữa!

Tôi thiết kế mô hình này để tích hợp vào máy Ender 3 NG v1.2 của mình, nhưng nó có thể dùng được với bất kỳ máy in nào. WS7040 gắn vào bảng mặt sau, được thiết kế để dễ dàng tháo rời bằng cách trượt bảng sang một bên vài milimet. Điều này cho phép tiếp cận các linh kiện điện tử từ mọi góc độ mà không cần tháo cả cụm mô hình ra khỏi máy in.

Khi không cần làm mát, van cánh lật sẽ tuần hoàn khí bên trong vỏ hộp. Điều này giúp làm mát các linh kiện tích hợp bên trong mà không thổi khí ra những nơi không cần thiết. Nó cũng duy trì áp suất ngược ổn định để tránh các luồng khí mạnh bất ngờ. Mô hình này còn được thiết kế để hoạt động tốt trong buồng in kín có nhiệt độ cao (và giúp giảm tiếng ồn đáng kể).

Mô hình cũng tích hợp bộ điều khiển động cơ WS2403DY01V04 và bảng chuyển đổi BTT để đi dây dễ dàng và làm mát liên tục bằng luồng khí từ WS7040. Mọi chi tiết đã được tối ưu hóa để các tụ điện lớn, đầu nối, v.v. nằm gọn bên trong mà không lãng phí không gian. Các miếng đệm vít được cung cấp để đảm bảo các loại ốc vít phổ biến gắn chặt các bảng mạch vào đáy hộp.

Đây là danh sách vật liệu (BOM) cần thiết:

• BTT Turbo CPAP Cooling System: https://west3d.com/products/turbo-cpap-cooling-system-fan-and-tube-btt-bigtreetech
• Lưới quạt 60mm: https://www.amazon.com/dp/B07VBL3R2C
• Heat set inserts M3x4x4.5: https://www.amazon.com/dp/B0BX98RLX6
• Ốc vít M3 socket head: https://www.amazon.com/dp/B0D1XJ766V
• Đầu nối XH (1x 4-pin, 1x 5-pin): https://www.amazon.com/dp/B01MCZE2HM

Bộ BTT Turbo CPAP đi kèm với một số ốc vít. Hãy dùng chúng để gắn quạt thổi WS7040 vào mặt sau của vỏ hộp. Gắn bộ điều khiển WS2403DY01V04 vào đáy hộp bằng bốn miếng đệm vít đi kèm trong mô hình này. Tương tự, gắn bảng điều khiển BTT vào đáy bằng bốn miếng đệm vít khác. Dùng một chút keo dán sắt để cố định lưới quạt vào mặt trước. Mô hình cũng được thiết kế để lắp vào thanh nhôm định hình bằng ốc M4 và T-nuts.

Bộ BTT Turbo CPAP có hướng dẫn cách nối dây bảng điều khiển BTT với bộ WS2403DY01V04. Bạn chỉ cần ba đường dây: +24V, ground và PWM fan control. Bộ điều khiển có thể tiêu thụ tới 4 amps, vì vậy các đầu nối +24V và ground chiếm hai chân trên đầu nối XH 5-pin. Hãy hàn chúng lại với nhau trên bộ dây và sử dụng cả hai dây trong giắc cắm. Hàn động cơ bước Ender 3 của bạn vào đầu nối XH 4-pin.

Cách đi dây cuối cùng sẽ như thế này:

Kết quả đi dây gọn gàng như sau:

Đây là ví dụ cấu hình động cơ bước cho mô hình này sử dụng driver tmc2209! Bạn có thể cần thay đổi các chân cắm (pins) để phù hợp với máy của mình.

[tmc2209 manual_stepper stepper_cpap]
uart_pin: PA10 # RX1
tx_pin: PD6
diag_pin: PC15

sense_resistor: 0.11

uart_address: 0
run_current: 0.2
stealthchop_threshold: 0
driver_SGTHRS: 50 # Độ nhạy endstop ảo (0-255, thấp hơn là lực mạnh hơn).

[manual_stepper stepper_cpap]
step_pin: PA3
dir_pin: PB9
enable_pin: !PA2
rotation_distance: 4
microsteps: 16

endstop_pin: tmc2209_stepper_cpap:virtual_endstop

Đây là một vài macro mà bạn có thể dùng! Tôi thấy việc home không cảm biến (sensor-less homing) đôi khi không ổn định, nên tôi đã tắt tùy chọn STOP_ON_ENDSTOP. Cách này sẽ làm cánh lật kẹt nhẹ tại vị trí tối thiểu (chỉ với 200 mA trong khoảng 0,2 giây), và lấy vị trí đó làm điểm home.

Các mã M106 (tốc độ quạt) và M107 (tắt quạt) được ghi đè trong ví dụ này để đồng thời điều chỉnh vị trí van. Các mã này được đổi tên thành M106.1 và M107.1. Giải pháp này giúp giữ lại khả năng giám sát tốc độ quạt trên giao diện Mainsail, đồng thời đảm bảo vị trí cánh lật đồng bộ với các lệnh di chuyển của Klipper.

[gcode_macro HOME_CPAP_STEPPER]
description: Home van cánh lật CPAP
gcode:
  {% set home_advance = 0.01 %}

  MANUAL_STEPPER STEPPER=stepper_cpap ENABLE=1
  MANUAL_STEPPER STEPPER=stepper_cpap SET_POSITION=0
  MANUAL_STEPPER STEPPER=stepper_cpap MOVE=-2 SPEED=10 # STOP_ON_ENDSTOP=1
  MANUAL_STEPPER STEPPER=stepper_cpap SET_POSITION=0
  MANUAL_STEPPER STEPPER=stepper_cpap MOVE=0.01 SPEED=10
  MANUAL_STEPPER STEPPER=stepper_cpap SET_POSITION=0

[gcode_macro DISABLE_CPAP_STEPPER]
description: Giải phóng động cơ bước van CPAP
gcode:
  MANUAL_STEPPER STEPPER=stepper_cpap ENABLE=0

[gcode_macro M106]
description: Cài đặt vị trí van CPAP dựa trên tốc độ quạt.
rename_existing: M106.1
gcode:
  {% set max_position = 0.58 %}
  {% set speed = 27 %}

  {% set fan_speed = params.S|default(255)|float %}
  {% set position = (fan_speed / 255.0) * max_position %}

  M106.1 S{ fan_speed}
  MANUAL_STEPPER STEPPER=stepper_cpap MOVE={ position } SPEED={ speed }

[gcode_macro M107]
description: Đóng van cánh lật.
rename_existing: M107.1
gcode:
  {% set speed = 27 %}

  M107.1
  MANUAL_STEPPER STEPPER=stepper_cpap MOVE=0 SPEED={ speed }

Với các macro này, bạn có thể thêm vào G-code "start" để home động cơ và bật quạt thổi (bạn có thể tùy chỉnh tốc độ từ 1 đến 255):

HOME_CPAP_STEPPER
SET_FAN_SPEED FAN=cpap_blower SPEED=255

...và thêm dòng này vào G-code "end" để đảm bảo quạt tắt và động cơ van được giải phóng:

SET_FAN_SPEED FAN=cpap_blower SPEED=0
DISABLE_CPAP_STEPPER

Bạn cứ thoải mái kết hợp các mã trên vào macro "pause" và "resume" trong Klipper để tối ưu hóa quá trình in. Nếu cần đi dây gọn gàng, bạn có thể tham khảo thêm mô hình ốp dây LED 8x13 mm của tôi.

Chúc các bạn thành công!