3D-Druck: Erstes eigenes Projekte: Raumreiniger

Wie vermutlich fast jeder Besitzer eines 3D-Druckers, habe ich Anfangs eigentlich nur fertige Objekte aus dem Internet gedruckt, vor allem von thingiverse.com.

Irgendwann wird das aber langweilig und eigentlich will man ja was Eigenes drucken. Vor dem Druck steht aber die größte Hürde: Die Konstruktion.

Für mein erstes Projekt habe ich ein ganze einfaches Objekt gefunden, das dennoch für mich sehr viel Nutzen bringt:

Einen Lüfter-Adapter für einen Raumluftfilter

Bevor man ein 3-D-Objekt drucken kann, muss man es erst einmal erstellen. Dazu benötigt man eine Software.
Zum Glück gibt es die Software recht günstig und teilweise sogar gratis.
Beispielsweise Fusion 360, Tinkercad oder ähnliche.

Ich bevorzuge aber lokale Anwendungen und habe gewisse Vorbehalte gegen CLOUD-Lösungen. Meine Wahl fiel daher auf FreeCAD.

Freecad ist eine kostenlose Software und läuft bei mir perfekt unter Linux Mint. Der Funktionsumfang erschlägt einen am Anfang.
Nachdem ich erst einmal nichts auf die Reihe gebracht habe, bin ich auf Empfehlung zu Tinkercad gewechselt. Damit kann man aber nur „malen“, richtiges Zeichnen funktioniert damit nicht. Daher bin ich schnell wieder zurück zu FreeCAD.
Nachdem ich einige Tutorials angeschaut habe, bin ich dann tiefer in das Programm eingestiegen.
Für den Anfang sollte man sich ein einfaches Objekt konstruieren.
Ich habe dafür ein Tutorial gewählt, das meinem Zielobjekt von den benötigten Arbeitsschritten recht nahe kam. Dann habe ich angefangen zu konstruieren. Nach 2 Stunden war ich fertig.
Als ich das Objekt spaßeshalber noch einmal konstruiert habe, war ich in 5 Minuten fertig. Aller Anfang ist schwer.

Mein erstes 3D-Objekt

Bei mir arbeiten mehrere Druckmaschinen, das gibt Papierstaub und auch Ausdünstungen von sogenannten VOC (das sind Lösemitteldämpfe, nicht unbedingt gesund).
Ich habe eine Belüftungsanlage und nebenbei mit einigen Raumlüftern experimentiert. Die Dinger sind alle laut und teuer. Am besten gefiel mir der Xioami Air Purifier. Davon habe ich mir auch gleich ein Modell gekauft. Den Rundfilter halte ich für sehr praktisch. Das Gerät ist aber wie alle anderen Luftreiniger nicht ganz billig. App-Steuerung, WLAN-Anbindung und so einen Quatsch benötige ich nicht.
Die Alternative war ganz einfach:

Man nimmt diesen Rundfilter aus dem Xioami Air Purifer und bastelt sich einen Lüfter obendrauf. Fertig ist ein perfekter Raumluftfilter.

Passende Lüfter habe ich genug im Keller, zu Weihnachten gab es aber eine Aktion mit 5 Lüftern Arctic F14 – 140mm zum Preis von 11,- Euro.
Vielleicht ein Preisfehler? Jedenfalls habe ich zugeschlagen.

Fehlt nur noch ein passender Adapter. Und damit mein erstes eigenes 3D-Objekt.

Konstruiert in FreeCAD

Für einfache Objekte reicht ein Meterstab oder Lineal, besser ist aber ein Meßschieber. Zuerst muss man nämlich die benötigten Maße bestimmen.
Der Luftfilter des Xioami Air Purifiers hat einen Durchmesser von 200mm. Daher habe ich einfach zuerst einen Kreis mit 204mm Durchmesser in FreeCAD gezeichnet, die 4mm Überstand sind wichtig!

Kurz überlegt und entschieden, dass der Deckel 15mm mit dem Filter überlappen soll. Daher die Dicke des Kreisobjekts auf 17mm gesetzt.

Damit habe ich einen Kreiskörper, der den Filter auf jeder Seite um 2mm überlappt. Nächster Schritt: einen weiteren Kreiskörper mit 200mm und 15mm als Vertiefung aus dem ersten Körper ausgespart.
2mm Rand bleiben stehen. Damit haben wir einen Deckel für den Lüfter.

Jetzt einfach noch den Lüfter abmessen – die Öffnung des Lüfters ist 135mm im Durchmesser. Also noch einen Körper erstellt mit 135mm x 17mm und wieder als „Vertiefung“ eingesetzt. damit wird der erste Körper in der Mitte komplett entfernt. Es bleibt ein Körper mit 204mm Durchmesser stehen, mit 2 umlaufendem Rand und 2mm Bodenfläche, in der in der Mitte ein 135mm Loch ausgespart ist.

Letzter Schritt: Die 4 Bohrlöcher abmessen und einzeichnen, auch wieder als Vertiefungen und mit 5mm Durchmesser, passend zu den Lüfterschrauben.

Sieht doch ganz gut aus. Das ganze als STL exportiert und in Cura wieder importiert.
Cura ist ein sogenannter Slicer, eine Software, die aus meiner Konstruktionsdatei eine Druckdatei erstellt. Dabei wird das Objekt in Schichten (Slices) zerlegt, der 3D-Drucker druckt ja Schicht für Schicht übereinander.

Cura hat meine Datei ohne Beanstandung bearbeitet und für meinen 3D-Drucker aufbereitet. Jetzt kommt der spannende Teil: der Druck mit meinem Anycubic i3 Mega 3D-Drucker.

Unheimlich spannend ist das vor allem deshalb, weil der 3D-Druck so langsam ist. Mein erstes Objekt ging dann mit 204mm Durchmesser auch gleich an die Grenze des Machbaren, der Drucker kann bis 210x210mm drucken.

Nach 4 Stunden konnte ich dann das fertige Objekt entnehmen. Es hat auf Anhieb perfekt gepasst. Mit leichtem Druck ließ sich der Deckel auf den Filter stecken und die Passung war so genau, dass man den Filter am gedruckten Deckel anheben konnte. Das war besser, als erwartet.

Damit der Lüfter dicht anliegt, habe ich noch dünne Schaumstoffstreifen aufgeklebt. Danach den Lüfter mit den beiliegenden Schrauben vorsichtig angeschraubt.

Beim Anschrauben muss man auf die Blasrichtung des Lüfters achten, dafür sind auf dem Lüfter immer Pfeile angebracht, die sind aber oft schwer zu erkennen. Bei diesem Projekt soll die Luft unten seitlich in den Filter eingesaugt und nach oben ausgeblasen werden.

Für die Stromversorgung habe ich einfach ein altes 12V-Netzteil verwendet. Davon habe ich noch eine ganze Kiste voll im Keller.

Man kann alternativ natürlich auch 7V-Netzteile verwenden oder eine Lüftersteuerung, damit der Lüfter leiser läuft. Da kann man noch viel optimieren. Mir reicht ein einfacher Lüfter.
Gedruckt habe ich das Objekt mit PETG, das ist haltbarer und stabiler als PLA. Zwar ist es etwas schwieriger zu drucken, gefällt mir aber insgesamt einfach besser.

Materialkosten: 2,50 Euro für den Lüfter, 2,50 Euro für Druck und Druckmaterial, Netzteil gratis aus der Schrottkiste.
Gesamt also um die 5,- Euro. Da kann man nicht meckern.
Der Filter kostet natürlich extra. Die einfachen Modelle sind ab 20,- Euro erhältlich, die besseren mit Aktivkohle kosten um die 35,- Euro.

Serienproduktion

Mit 3 Filtern riecht man beim Betrieb meiner Maschinen nichts mehr.
So gefällt mir das.

Ich habe auch gleich einen Filter in den Vorratsraum im Keller gestellt.
Eigentlich wollte ich Staub und Pilzsporen einsammeln.
Das Haus ist alt, der Keller kämpft mit Luftfeuchte um 60%, da muss man aufpassen, dass nichts schimmelt.

Luftentfeuchter kosten Strom, Lüften ist aufwändig. Der Filter war als zusätzliche Maßnahme gedacht.
Interessanterweise ist die Luftfeuchte auf 50% gefallen, seit der Lüfter im Raum steht. Ich vermute, dass die Luftbewegung einen Luftaustausch mit dem Treppenhaus erzeugt und damit Feuchtigkeit abtransportiert wird.
Mittlerweile habe ich 4 Luftreiniger gedruckt, alle funktionieren perfekt.

Die Filter gibt es in Grün, Blau und Lila, je nachdem, welche Filterstufe man benötigt. Die Lila Filter haben sogar noch eine antibakterielle Beschichtung und töten Viren und Bakterien ab.
So einen stelle ich dann auch noch ins Schlafzimmer.
Die Lüfter haben weniger als 2W Leistungsaufnahme, das lässt sich verkraften.
Die verwendeten Arctic F14 140mm-Lüfer haben einen Luftstrom von 126m³/h. Mit dem vorgebauten Filter natürlich deutlich weniger. Aber wenn noch 50m³/h übrig bleiben, dann reicht das für viele Anwendungen. Ein Raum sollte min 1x pro Stunde umgewälzt werden. Für Produktionsräume habe ich im Internet Angaben von 5x gefunden.
Mein Produktionsraum hat knapp 30qm, bei 2,3m Höhe wären das ungefähr 70m³.
Die benötigte Mindest-Umwälzung wäre damit 70m³/h, optimal 350m³/h.
Mit 3 selbst gebauten Raum-Reinigern liege ich irgendwo zwischen 150m³ und 200m³, also ganz passabel. Zusätzlich arbeitet ja auch noch meine Absauganlage, die die Raumluft über einen Wärmetauscher durch Aussenluft ersetzt.
Wenn die Drucker gearbeitet haben, dann hat man das bisher nach einiger Zeit deutlich riechen können. Die Hersteller behaupten zwar, das sei alles ungiftig, aber so ganz vertraue ich dieser Aussage nicht. Seit die 3 Raumreiniger laufen, ist kein Geruch mehr feststellbar.

Der Lüfteradapter ist problemlos in FreeCAD konstruierbar.
Auf Wunsch stelle ich aber gerne die Dateien zur Verfügung, falls jemand selbst so einen Adapter drucken möchte.

Das erste Projekt ist damit erfolgreich abgeschlossen.
Weitere Projekte folgen natürlich bald.

Update:

Ich bin auf Arctic P14 Lüfter gewechselt. Die sind besser für den Betrieb mit Filtern geeignet.
Interessant: nach 3 Tagen Betrieb sieht man an der Außenseite des Filters Staub, bei den F14-Lüftern ist der Luftdurchsatz schwächer, da sieht man auch nach 3 Wochen keinen Staub am Filter. Mit P14 hat man also nicht nur einen Luftfilter für Feinstaub, sondern auch gleich einen „Staubsauger“.
Falls jemand noch andere Lüfter empfehlen kann/will, bin ich für weitere Vorschläge offen.

Mich stören die Lüfter im Büro optisch nicht, aber wenn man die Dinger verstecken will, dann kann man einfach einen Gitter-Papiermülleimer von Ikea nehmen. Entweder einfach reinstellen oder den Mülleimer umdrehen, Loch in den Boden schneiden und schon hat man einen stylischen Lüfter 🙂
Früher gab es die Papierkörbe bei Ikea auch in rund, aktuell konnte ich nur einen eckigen finden. Das sieht in Natura aber garnicht so durchscheinend aus, wie auf dem Foto.
Auf dem Foto sieht man die Version im Test mit 2 Lüftern. Mit einem Lüfter passt der Filter perfekt in den Ikea-Papierkorb. Man könnte sich sogar oben noch eine Abdeckung basteln.
Dafür ist mein aktueller 3D-Drucker aber leider zu klein.

Filterparade

Der Vollständigkeit halber, habe ich hier mal alle Filter zusammengestellt, die es aktuell für den Xioami Air Purifier gibt. Die Teile sind von den Abmessungen identisch und unterscheiden sich nur in der Filterleistung.
Blau = Originalversion, der erste Filter für die Luftreiniger. Mit Aktivkohle-Filter
Grün = Enhanced Version mit verstärktem Filter und Aktivkohle-Schicht
Lila = Antibakterielle Version. Hat zusätzlich noch eine Beschichtung, die Viren und Bakterien abtöten soll.
Grau = mit integriertem Hepa-Filter, wobei ich hier nicht ganz sicher bin, was der Unterschied zu den anderen Filtern ist.
(Der graue ist ganz neu und noch eingetütet. Man soll die erst auspacken, wenn man sie verwendet)
Welchen Filter man verwendet, das muss jeder für sich selbst entscheiden.
Wichtig: es gibt auch Fake-Filter, nachgebaute Filter von Drittanbietern. Also aufpassen, ich hatte einen nachgebauten Filter erwischt. Der war als Original angeboten, war aber mangelhaft (seitlich am Rand war der Filter nicht ganz dicht, mein selbstgedruckter Adapter passte auch nicht, weil der Filter etwas dicker war)
Im Zweifelsfall sind die Originale am Besten. Es gibt immer wieder Aktionen, daher auf Schnäppchen warten und zuschlagen, wenn die Originale günstig sind.

Für alle Luftfilter-Selberbastler

Die Druckdatei habe ich bei Thingiverse eingestellt:
https://www.thingiverse.com/thing:4156705

Viel Spass beim Nachbasteln
Würde mich auch über Feedback freuen.

Hilft das Ding gegen Corona / Covid-19, Influenza und anderes Zeug?

Leider muss man in 2020 an solche Dinge denken.
Sicher helfen die Luftfilter nicht gegen eine Ansteckung. Aber generell filtern die Geräte Schadstoffe aus der Luft und die Lila Version soll auch gegen Viren helfen! Wenn die Ansteckung tatsächlich über die Luft erfolgt, dann kann ein Filter immerhin ein bisschen zusätzlichen Schutz bieten.

Leider gibt es zu diesem Thema viele widersprüchlichen Informationen und Halbwahrheiten im Netz. Angeblich benötigt man einen Hepa-Filter der Klasse H13 oder 14, da Viren kleiner als 1µm sind.
Xioami wirbt mit einer guten Filterleistung bis 0,3µm schon beim grünen Filter.
Der graue Filter oder gar der Lila haben eine noch höhere Filterleistung.
Da ich die Dinger sowieso im Büro stehen habe, hoffe ich, dass die Filter auch ein paar Viren aus der Luft filtern können. Im Wohnzimmer steht der Original Xioami Air Purifier, im Schlafzimmer eine selbstgebastelte Version mit Lila Filter.
Ob es was nutzt? Gegen Pollen, Hausstaub, Staubmilben und sonstiges lästiges Zeug auf jeden Fall. Gegen Viren und Bakterien? Keine Ahnung. Der Hersteller behauptet es.


Schaden kann es jedenfalls nicht.

Update 12.2020 – es funktioniert!

Nach Weihnachten ist das Büro geschlossen, Zeit zum Putzen und aufräumen.
Im Packraum – da, wo ich meine Ware verpacke, stand seit 6 Monaten ein selbstgebastelter Raumluftreiniger mit Xiaomi-Filter.
Durch die Kartonage und Papiere fällt sehr viel Staub an. Der Luftfilter wird hier mit 2x 14cm-Lüfter (übereinander) betrieben. Ganz offensichtlich funktioniert das Teil wunderbar, es wurde extrem viel Staub angesaugt.

Zur besseren Visualisierung habe ich mit dem Staubsauger senkrecht über den Filter eine Linie abgesaugt.

Je nach Raum gibt es verschiedene Anforderungen an die Luftfilter. Im Packraum soll eigentlich nur der Staub eingesaugt werden. Das funktioniert super. Hier kann man die Filter problemlos absaugen und dann nochmal verwenden.
In anderen Räumen werden allerdings Aktivkohle-Filter gegen Ausdünstungen der Drucker (VOC – flüchtige Organische Stoffe) benötigt. Die Aktivkohle verbraucht sich mit der Zeit, da bringt Absaugen nichts.
Im Hobbyraum ist es dann eher Grobstaub, durch Sägen, schleifen und sonstige Basteleien. Da tut es auch ein gebrauchter Filter.

Daher werde ich die Filter zuerst im Druckerraum einsetzen, danach absaugen und im Packraum und dann nochmal absaugen und in der Werkstatt einsetzen. Danach werden die Filter entsorgt.

Für den Druckerraum gibt es mittlerweile etwas neues – mit viel Aktivkohle. Aber das gibt einen extra Beitrag 🙂