Alfawise U20/U30/U30Pro compact fan duct

La V4 est la dernière version majeure car je pense avoir amélioré le concept au maximum. Je ne constate en effet aucun goulot d'étranglement quel que soit le ventilateur que j'utilise jusqu'au plus puissant des sunon 40x40x20 18m3/h.

Après changement du support de ventilateur par une version sans grilles, il y avait beaucoup d'air qui ressortait à contre courant à cause du goulot d'étranglement causé par la sortie unique du guide d'air noir d'origine. N'étant pas convaincu par la conception des divers fangs/souffleurs que l'on peut trouver (trop longs -> trop de perte de charge & trop de refoulement d'air), j'ai donc conservé un design compact basé sur le fanduct d'origine et ai ajouté des sorties supplémentaires pour ne plus brider le débit :

• Versions v1 : Tentatives infructueuses pour améliorer la forme de la sortie principale. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec la forme du conduit d'air noir d'origine,

• Versions v2 & v2b : la seconde sortie est de même taille que la première, perpendiculaire à celle-ci et concentre le flux d'air de la même manière ciblée,

• Versions v2c & v2d : la troisième sortie se situe en dessous du guide d'air. Lorsque les deux sorties d'air principales ne soufflent plus sur le filament qui vient d'être déposé, c'est le souffle plus large de cette troisième sortie qui continue de le refroidir. Cette 3e ouverture exploite l'effet Coanda qui fait que l'air colle à la paroi du souffleur (effet qui a lieu lorsque l'épaisseur de l'orifice de sortie est très inférieure à l'épaisseur du flux d'air non restreint) pour bien se diriger vers la pièce imprimée. Vérifié avec un doigt mouillé, le flux reste effectivement collé à la paroi,

• Version v3 : la quatrième sortie d'air perpendiculaire à la 1ere, de même conception que la seconde et face à elle, concentre également le flux d'air sur le point de sortie de la buse. Les impressions en porte à faux de plus 70° s'en trouvent un peu améliorées,

• Version v3b : meilleure canalisation du flux d'air sur l’extrémité de la buse, et ajout d'un bouclier pour ne pas refroidir le bloc de chauffe,

• Version v4 : optimisation des sorties par simulation de mécanique des fluides pour mieux diriger le flux d'air sortant et réduire le warping. Les versions v3 et v3b renvoient trop l'air vers le bas et causent du warping. Cette version v4 évacue mieux l'air vers l'avant car les deux sorties latérales ne sont plus face à face mais inclinées de 20deg. Elles sont aussi divisées en interne pour mieux équilibrer l'écoulement à l'intérieur. cf.images de résultat de simulation. La sortie inférieure est aussi optimisée pour que l'air colle au mieux à la paroi sans retomber sur le bed et est mieux dirigée vers la buse. Légère amélioration des porte à faux de 75° à 80°,

• Compatible avec les chaussettes silicone (hautement recommandé),

• Poids = 15g.

Récapitulatif des performances (cf. photos)
Trois solutions d'amélioration peuvent être retenues :

• Solution conseillée. Bruit très réduit et bonne qualité des pentes -> Utiliser le ventilateur d'origine avec le compact fan duct v4,
• Solution de facilité. Bruit important et bonne qualité des pentes -> Utiliser le sunon maglev MF40202VX-1000U-A99 avec le fan duct d'origine,
• Solution sans concessions. Bruit important et qualité max des pentes -> Utiliser le sunon maglev MF40202VX-1000U-A99 avec le compact fan duct v4,

L'extrémité devra être renforcée avec un trombone/résine epoxy/etc pour éviter sa déformation par la chaleur (cf. photos).

Je recommande aussi l'isolation du bloc de chauffe par une chaussette silicone. Cela diminue la transmission de chaleur sur la pièce par convection et rayonnement et le gain en cas de porte à faux est important.

Lien de téléchargement :
https://www.thingiverse.com/download:11680219

Ventilateurs testés :
40x40x10 d'origine : mauvais avec le fanduct d'origine mais performant avec le mien
40x40x10 : Sunon maglev KDE2404PFV2-11AB (pas d'amélioration par rapport au ventilateur d'origine)
40x40x20 : Sunon EB40202S2-999 (pas d'amélioration par rapport au ventilateur d'origine)
40x40x20 : Sunon maglev MF40202VX-1000U-A99 (bonne amélioration par rapport au ventilateur d'origine)

A utiliser avec mon capot de ventilation qui remplace l'original rouge métallique pour des performances optimales (grilles retirées, moins d'air descendant sur le bed) : https://www.thingiverse.com/thing:3421897
Ma collerette de réduction de turbulence : https://www.thingiverse.com/thing:3759064

mise à jour 25/11/2023 : modifications internes pour faciliter le flux d'air. Aplanissement de la surface en contact avec le bed. Ajout d'une version avec bouclier de chaleur qui protege aussi la buse du flux d'air.

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The V4 is the last major version because I think I have improved the design to the maximum. I indeed see no airflow restriction whatever the fan I use even with the most powerful sunon 40x40x20 18m3/h.

After changing the fan enclosure by a version without grilles, there was a lot of air coming backwards because of the bottleneck caused by the single exit with the original air guide. Not being convinced by the design of the various fangs / ducts that we can find (too long -> too much pressure drop & too much backward airflow), I therefore kept a compact design and have added additional outputs to no longer restrict the flow:

• v1 iterations: Failed attempts to improve the shape of the main output. Best results were obtained with the shape of the original black air duct,

• v2 & v2b iteration: The second air outlet is the same size as the first, perpendicular to it and concentrates the airflow in the same targeted way on the nozzle.

• v2c & v2d iteration: The third air outlet is below the air guide. When the two main air outputs no longer blow on the filament that has just been deposited, it is the larger flow of this third output that continues to cool. This third opening exploits the Coanda effect, which causes the air to stick to the wall of the blower (effect that occurs when the thickness of the outlet orifice is much lower than the thickness of the unrestricted air flow) to go in direction of the print. Checked with a wet finger, the flow remains effectively glued to the wall. Can also be used instead of the original air guide,

• v3 iteration: The fourth air outlet perpendicular to the 1st, of the same design as the second and facing it, also concentrates the air flow on the nozzle. Overhang prints at more than 70° are a bit improved,

• v3b: better directs the airflow on the extremity of the nozzle, and added a shield no not cool the heatblock anymore,

• v4: outlets optimization by simulation of fluid mechanics to better direct the airflow and reduce warping. The v3 and v3b versions throw too much air downwards and cause warping. This v4 version evacuates the air better forward because the two lateral outlets are no longer face to face but 20deg tilted. They are also divided internally to better balance the flow inside. cf. simulation results images. The lower outlet is also optimized so that the air sticks as well as possible to the wall without falling back on the bed and is better directed toward the nozzle. 75° to 80° overhang are a bit improved,

• Compatible with silicone socks (highly recommended),

• Weight = 15g.

Performance summary (cf.pictures)
Three improvement solutions can be retained:

• Recommended solution. Very low noise and good quality of overhangs -> Use the original fan with the compact fan duct v4,
• Easy solution. Significant noise and good quality of overhangs -> Use the sunon maglev MF40202VX-1000U-A99 with the original fan duct,
• Overkill solution. High noise and maximum quality of overhangs -> Use the sunon maglev MF40202VX-1000U-A99 with the compact fan duct v4,

The extremity must be reinforced with a paperclip/epoxy resin/etc to avoid its deformation caused by the heat (cf. pictures).

I also recommend the insulation of the heating block with a silicone sock. This decreases the heat transfer on the part by convection and radiation and the gain in case of overhang is important.

Download link :
https://www.thingiverse.com/download:11680219

Fans tested:
40x40x10 original : bad with original fanduct but good performer with mine
40x40x10: Sunon maglev KDE2404PFV2-11AB (no improvement compared to the original fan)
40x40x20: Sunon EB40202S2-999 (no improvement compared to the original one)
40x40x20: Sunon maglev MF40202VX-1000U-A99 (good improvement compared to the original fan)

To be used with my fan enclosure that replaces the original metallic red for optimal performance (grids removed, less air going down on the bed): https://www.thingiverse.com/thing:3421897
My turbulence reduction flange : https://www.thingiverse.com/thing:3759064

Update 25/11/2023 : internal modifications to improve airflow. bottom face in contact with the bed is now flat. Added a version with heat shield that also protect the nozzle from the air flow.