3D 印表機散熱風扇改裝筆記

3D 印表機入手半年，使用量不大，前後印掉的 PLA 線材還不到 1 公斤，機器狀況良好，但最近散熱風扇出了點狀況。 開機後風扇轉軸有明顯摩擦聲，聲音在運轉一陣子後消失，關機一陣子再使用，相同情節重複上演。 歸納症狀為「散熱風扇冷機啟動時有雜音，運轉一陣子後消失」，推測是風扇掛點的前兆，該預做準備。

爬文做了功課，也在 3D 印表機的臉書社團發問，得到不少前輩的熱心指點，終於完成了 CR-8S 散熱風扇改造，效果頗優，抱著回饋心情分享研究心得，供有需要的同學參考。

FDM 列印靠融化線材重新擠出成形，需要散熱的原理為何？

FDM 列印的原理是加熱融化線材重新塑形(延伸閱讀：3D印表機的7大成型技術，材質與固化方式你知道多少?)，起初我誤解了主要散熱風扇用途。側風扇被導向擠出口用來冷卻擠出材料加速硬化定型不難理解，但主風扇吹向擠出頭，我誤以為是加熱頭過熱時冷卻用的，拿掉只是散熱慢一點...

這個想法大錯特錯，主風扇屬通常是暴力級高轉速風扇，運轉噪音不小，這是有原因的，它的散熱對象是加熱頭上方的散熱器鰭片，而加熱頭本身有保溫材料包覆，這裡出現「散熱鰭片必須盡快冷卻，加熱頭必須避免熱能散失」的有趣矛盾，這與喉管的運作原理有關。

這篇為什麼擠出頭的喉管需要散熱??詳細解釋了下熱上冷的理由：冷卻加熱頭上端是為了確保回流的液態塑料冷卻固化，避免向上溢出阻塞擠出頭。換句話說，一旦散熱不及，很快就會面臨堵料等棘手問題。

為什麼要改裝散熱風扇架？

散熱風扇屬消耗品，更換機率不低。原廠設計散熱風扇鎖被包覆擠出頭的金屬盒內，拆換不易。網路上有不少高手設計出可 3D 列印的改良式散熱風扇架，用自己製作出的零件改造自己，聽起來就是酷。參考社團前輩的推薦，我選用 Jhon Ting 為 CR 及 Ender 系列設計的版本，評估有以下優點：

1. 風扇外掛，插入固定免鎖螺絲，更換方便 (主熱散風扇插糟比我的風扇稍大一點點，塞一小塊泡棉搞定，如要快速抽換需改裝電源接頭)
2. 風扇與散熱鰭片距離縮短，並有導流罩將氣流完整導向散熱片，效率更好並避免吹到不需散熱的加熱塊(沒肥到豬，肥到狗)
   改裝後加熱頭上升到指定溫度的時間明顯縮短，但印完溫度下降的速度也變慢
3. 風扇外掛設計允可改用效率更好但尺寸較大的風扇
4. 印頭散熱風扇有導管將氣流導引直吹印噴嘴(擠出孔)位置，避免冷卻到加熱塊
5. 不會遮蔽噴嘴，觀察列印狀況方便許多

另外，風扇架模型設計考量得很周到，不需分次列印組裝，放進 Cura 切片輸出一次成功，很讚!

風扇規格怎麼看？

前面提到 FDM 列印的散熱風扇很重要，這也是它配備吵死人高速風扇的原因。尋找替換風扇的過程我學到一些冷知識，整理如下：

1. 散熱風扇的軸承主要有油封、滾珠、磁浮三種。油封軸承便宜但不耐用(約5000-8000小時)，滾珠軸承壽命較長(可達15萬小時)但比較吵，磁浮軸承則是台灣廠商建準(SUNON)的專利，壽命比美滾珠但比較安靜。
   參考：PC散熱風扇之研究五：風扇軸承類別
2. 原廠附的風扇為油封軸承，潤滑油脂流失或混入灰塵便會發出噪音，用沒多久就掛，要自行潤滑難度很高，且這類風扇一般價格不高，直接更換較省事。
3. 散熱風扇規格主要是看尺寸、電壓跟轉速。講到尺寸會有 40x40x10、404020 這類的術語，意思是 40mm x 40mm 正方形，高 10mm，有時簡稱 4010。 電壓部分有 5V、12V、24V 等。
4. 原廠主散熱風扇規格為 4010 24V，依我查到的文章，官方建議轉速要 8000 rpm 以上才夠力。 參考：4010 24V 風扇拆解全紀錄（失敗）
5. 風扇轉速愈高通常冷卻效果愈好，但這與扇葉數、形狀也有關，真正精確的衡量單位是風量 CFM，專業散熱風扇規格書應可查到。 例如我查到建準 Sunon KDE2404PFVX11.MS.A.GN 24V 8500 rpm 的風量是 9.5 CFM，有些強調靜音的風扇不到 5 CFM 可能就不夠力。
6. CR-8S 除了主風扇外，側面還有一個用來吹物件的風扇，它採正面進氣側面出風，如果要購買，關鍵字為「渦輪風扇」，CR-8S 物件風扇的電壓規格為 12V。

散熱架用 PLA 印可以嗎? 會不會融化?

3D 列印線材我只用過 PLA，它便宜無毒好印，缺點是韌性低及不耐熱，60 度開始變軟。ABS 可耐熱到 105 度，但列印難度高，熱床保溫不良很容易失敗，加上氣味難聞，我不想碰。參考：3D打印材料比較 - ABS 和 PLA

我平日列印加熱頭溫度 200 度起跳，用 PLA 當散熱風扇撐得住嗎？尤其是要會直接鎖在散熱器上。

改裝前我先做了測試，散熱風扇運作正常，列印過程散熱器的溫度大約在 30 度左右，對 PLA 不是問題。改裝後前後列印超過二十小時一切正常，看來用 PLA 是可行的。