Meine Kunden kennen es – das Geräusch im Hintergrund, wenn sie mit mir telefonieren und im Büro ein 3D-Drucker läuft. Da ich gerne dabei bin, wenn die Drucker laufen, drucke ich oft tagsüber, während ich arbeite. Dabei kann die Geräuschkulisse der Geräte – auch ohne Telefonat nerven. Ich habe an meinem selbstgebauten Mendel90 nun getestet, was Schallschutzmaßnahmen bringen. Zum Einsatz kamen Gleitlager von Igus und SilentStepstick-Motortreiber von Watterott.
Drei Geräuschquellen sind es, die den unvergleichlichen 3D-Druck-Sound ergeben: Die Linearlager, auf denen sich der Drucker bewegt, die Motoren beziehungsweise deren Treiberbausteine sowie die Lüfter. Die ersten beiden Themen bin ich jetzt angegangen, bei den Lüftern bin ich noch in der „Lösungsfindungsphase“. Aber eins nach dem anderen.
Rattern und Rauschen eliminieren – Lager von Igus
Die typischen Linearlager in 3D-Druckern sind Linearkugellager in der japanisch-metrischen Normgröße LM8UU, das sind röhrenförmige Kugellager mit Metallgehäuse in den Abmessungen 15mm Durchmesser und 25mm Länge. Die Lager sind nicht gerade leise, wenn der Drucker in Betrieb ist, wahrscheinlich auch deshalb, weil viele dieser Lager aus dubiosen Quellen stammen und die Qualität der Lager dementsprechend schwankt. Die Alternative sind Gleitlager, beispielsweise von Igus. Der Hersteller stellte mir netterweise einen Satz vom Typ drylin RJ4JP-01-08 zur Verfügung. Diese haben dieselben Abmessungen wie die LM8UU und lassen sich direkt statt dieser einbauen.
Die Lager werden typischerweise in die gedruckten Druckerbauteile eingeklipst, was durch das Metallgehäuse der LM8UU üblicherweise kein Problem darstellt. Die Igus-Lager sind jedoch aus Kunststoff und erfordern eine genau definierte Einspannung. Ich hatte nun das Problem, dass die 3D-Drucker, die ich bisher getestet habe, Innenradien meist kleiner drucken als das Modell eigentlich vorgibt – das hat zum Teil mit Ungenauigkeiten der Drucker zu tun.
Teils ist dies aber auch eine fast unvermeidbare Auswirkung des STL-Modells, das Kreise in Facetten darstellt und dabei gerne nach innen interpoliert, das heißt, ein Kreis wird durch Linien dargestellt, deren Verbindungspunkte auf dem gewünschten Kreis liegen. Die Linien schneiden dann zwangsläufig den Kreis und verringern den realen Innendurchmesser. Zudem tendiert die „Kunststoffwurst“, die aus der Düse eines FDM-Druckers austritt und auf dem Bauteil abgelegt wird, zum „Schneiden der Kurve“, das bedeutet, dass sie beim Abkühlen von der Düse nach innen gezogen wird.
Langer Rede kurzer Sinn: Der Mojo von Stratasys war der erste Drucker, der tatsächlich so maßhaltig druckte, dass sich die Igus-Buchsen einklipsen ließen und in der Einspannung nicht so verformt wurden, dass die Lager klemmten. Nach dem Umbau laufen die Schlitten sehr leicht und praktisch unhörbar – erste Geräuschquelle beseitigt! Und noch ein Nebeneffekt: Da die Igus-Lager nicht geschmiert werden müssen, entfällt die „Batzerei“ mit Fett auf den Führungsstangen. Für mich ein klarer Vorteil. Ich habe lediglich, um das Einlaufen zu erleichtern, etwas Silikonspray an die Lager gegeben.
Gegen Orgeln und Jaulen – Motortreiber von Watterott
Zweite Geräuschquelle sind die Motoren. Da es sich um Schrittmotoren handelt, drehen sie sich – obwohl das so aussieht, nicht kontinuierlich, sondern in Schritten, bei den 3D-Druck-typischen Motoren sind es 400 Schritte pro Umdrehung, die von der Steuerung noch in 1/8 bis 1/32 Mikroschritte unterteilt werden. So entsteht beim Drehen eine hörbare Frequenz, die durch Geschwindigkeitsänderungen das typische „Orgeln“ der 3D-Drucker erzeugt. Watterott hat nun gegen Anfang des Jahres 2015 unter dem Namen SilentStepstick Motortreiber herausgebracht, die mit anderen Treiberchips arbeiten. Diese erzeugen intern 1/256 Mikroschritte, die kein Geräusch mehr entstehen lassen.
Auch Watterott stellte mir vier dieser Treiber zum Testen zur Verfügung, wofür ich mich sehr bedanke – inzwischen habe ich noch einen dazugekauft, um die Z-Achse über zwei Treiber betreiben zu können. Bei den SilentStepsticks ist leider keine Beschreibung dabei, ob sie tatsächlich – wie die Bauform vermuten lässt – direkt statt der vorhandenen Treiberbausteine eingebaut werden können. Nach langem googeln und lesen diverser Beschreibungen habe ich sie einfach auf meine Steuerplatine – einem RUMBA-Board aufgesteckt und es hat direkt funktioniert.
Für alle, die das selbe Problem haben: Man kann die SilentStepsticks ohne Umbau direkt einsetzen, wenn man alle drei Jumper unter den Stepsticks herausnimmt und in der Firmware 1/16-Schritte einstellt.
Das Ergebnis ist verblüffend: Die Motoren sind absolut unhörbar, zusammen mit den Igus-Lagern sind nun beim Drucken nur noch die Lüfter zu hören.
Lüfterrauschen: Weniger nervig, aber die nächste Aufgabe
Diese werde ich als nächstes in Angriff nehmen, allerdings betreibe ich meinen 3D-Drucker mit 24 Volt und kann damit leider nicht auf die preiswert verfügbaren, sehr leisen Lüfter aus dem PC-Bereich zurückgreifen. Rund um den Extruder sitzen bei mir drei 40-Millimeter-Lüfter, die einigen Krach erzeugen – einer kühlt das obere Ende des Hotends, zwei sitzen im Bauteilkühler. Bei letzteren nutze ich zwei in Serie geschaltete 12V-Lüfter, dort lassen sich problemlos 12V-Lüfter aus dem Computerbereich einsetzen, aber für die Hotendkühlung habe ich noch keine Lösung gefunden – dabei ist das der Lüfter, der am meisten läuft. Für Tipps in den Kommentaren bin ich dankbar.
Mein Fazit: Der Umbau auf Igus-Lager und die SilentStepsticks von Watterott ist sehr zu empfehlen, der Geräuschpegel des Druckers sinkt beträchtlich. Zweiter Effekt neben der grundsätzlichen Geräuschreduzierung: Ich finde das gleichmäßige Rauschen der Lüfter wesentlich angenehmer als die unruhige Geräuschkulisse zuvor – und ich kann hoffen, dass das Geräusch beim Telefonieren weniger auffällt J
Mein Dank an Igus und Watterott für die Testbauteile.
Wie wäre es mit einer temperaturabhängigen Steuerung der Lüfter über PWM? Ein Transistor/Mosfet für 24 Volt sollte sich doch finden lassen. Alternativ hilft ein Spannungswandler von 24 Volt auf 12 Volt oder gar 5-7 Volt um normale PC Lüfter betreiben zu können.
Die Druckersteuerung macht das schon mit der PWM-Steuerung. ich muss nur noch von 24V auf 12V kommen, vielleicht mit einem Widerstand?
Das lüfterproblem sollte sich mit einem DC-DC wandler (zB dem hier: https://www.conrad.at/de/dcdc-kfz-wandler-voltcraft-spa-5-12-vdc8-a-511670.html?insert=U3&WT.srch=1&WT.mc_id=sea_9_Shopping&gclid=CjwKEAjwrvq9BRD5gLyrufTqg0YSJACcuF81IItlMQXJMA-SYO-jmZPLUTAiJ2rOUIehXVHEQYrFjhoCgQnw_wcB) recht einfach in griff kriegen lassen. Du musst nur schauen was der qandler tut wenn er ein PWM gesteuertes signal bekommt. Falls es nicht direkt funktioniert hilft ein externer 12V PWM regler ????
Eine Lösung wäre zwei 12V Lüfter an einem Strang in Reihe zu schalten.
Z.B. bei einem Dual-Extruder Board können ja durchaus beide Kühlkörper gleichzeitig gekühlt werden.
Unten bei dem Lüfter, der die Motortreiber kühlt, kann man ja einen Zweiten Lüfter neben dem anderen zusätzlich installieren. Vielleicht versetzt, so dass er auch die Treiber anströmt.
Lediglich bei der G-Code gesteuerten und abschaltbaren Belüftung der Düse(n) müsste man sich einen Mount ausdenken, des zwei Lüfter aufnimmt.
Es gibt bei Ebay aus China auch 24V Lüfter, die „silent“ im Namen haben. Aber ob die es dann wirklich sind, müsste man mal testen. Die sind jedenfalls preiswert. Nur der Versand wird lange dauern. Die sieht man aber nur, wenn man da bei der Suche auf „weltweit“ umschaltet.
Das mit den Lagern und den silentTreibern ist eine tolle Sache.
Wenn der Drucker im Dauereinsatz ist, ist sicher eine gute Investition.