Как устранить тепловую ползучесть на 3D-принтере

Тепловая ползучесть приводит к тому, что филамент 3D-принтера расплавляется слишком рано в хотенде, что иногда приводит к засору.

3D-печать забавное хобби, однако есть и проблемы с которыми вы можете столкнуться. Одна из проблемных частей 3D-принтера — это хотенд. Если вы не знакомы с компонентами хотенда, его можно разделить на шесть основных частей:

1. Сопло: нижняя часть узла хотенда, откуда выходит пластик.
2. Нагревательный блок: часть прямо над соплом, куда входит патрон нагревателя.
3. Радиатор: компонент, который за счет воздуха, охлаждается.
4. Термобарьер: деталь, которая чаще имеет резьбу и соединяет радиатор с блоком нагревателя.
5. PTFE Трубка: трубка из тефлона, которая проходит через хотенд многих принтеров. Через него проходит филамент.
6. Муфта: этот пневматический (находящийся под давлением) соединительный элемент входит в радиатор, а трубка из PTFE вставляется внутрь.

Под узлом хотенда понимается весь блок, который включает в себя все перечисленные ранее детали.

Материал должен плавиться только в зоне вокруг нагревательного блока и сопла, в зоне известной как зона плавления узла хотенда. Если он плавится в другом месте, тогда у вас начнутся проблемы.

Что такое тепловая ползучесть?

Одна потенциальная проблема в 3D-печати — тепловая ползучесть, которая связана с узлом хотенда, филаментом и нагревом. Тепловая ползучесть конкретно описывает, как тепло распространяется (незаметно) вверх по хотенду и расплавляет пластик слишком рано, до зоны плавления.

Эта проблема может проявляться в середине или после печати (во время охлаждения), но обычно возникает и замечается в середине печати при самых высоких температурах. Вы можете увидеть признаки ползучести, когда ваш отпечаток выглядит только наполовину. Также можете обнаружить ползучесть, когда вытаскиваете филамент, появляется воздушный пузырь.

Все это в конечном итоге может привести к засору, но имейте в виду, что ползучесть — это не то же самое, что и другие типы засоров, такие как — засор сопла.

Ползучесть является более распространенной проблемой для цельнометаллических хотендов без PTFE-футеровки, потому что они позволяют теплу легче проходить, но мы обсудим это позже. Вы также с большей вероятностью увидите это с более низким качеством хотендов, которые позволяют теплу легче проходить.

Причины тепловой ползучести

Существует множество причин ползучести, но наиболее распространенные из них связаны с охлаждением хотенда, температурой хотенда, футеровкой из PTFE и временем нагрева материала. Проблема с любым из них может привести к ползучести. Поэтому важно рассмотреть все возможности.

• Хотенд слишком горячий: если ваш хотенд слишком горячий, это может вызвать тепловую деформацию. Это связано с тем, что чем сильнее нагревается тепловой блок, тем больше тепла, а его избыток может попасть в нежелательные места.
• Вентилятор хотенда недостаточно охлаждается: если ваш вентилятор хотенда не включен или работает недостаточно сильно, значит, охлаждения радиатора и узла хотенда недостаточно. Это может привести к распространению тепла вверх по хотенду и плавлению филамента до того, как материал достигнет зоны плавления. Без охлаждения для отвода тепла может возникнуть ползучесть.
• Филамент находится в хотенде слишком долго: дополнительное время на узле хотенда позволяет теплу расплавить филамент до предполагаемой зоны плавления, что вызывает тепловую ползучесть.
• Конструкция хотенда: не все хотенды обладают одинаковой способностью справляться с теплом, особенно в сочетании с другими факторами. Цельнометаллический хотенд, к примеру может легче пропускать тепло внутри хотенда, когда другие факторы приводят к накоплению слишком большого количества тепла. 

Решение №1: Снизить температуру хотенда

Наиболее очевидным решением проблемы тепловой ползучести при нагревании является снижение температуры хотенда. Высокая температура хотенда означает, что внутри теплового блока больше тепла, и его избыток может перемещаться вверх по узлу хотенда. В конце концов, компоненты хотенда нагреваются настолько, что филамент внутри начинает плавиться.

Снижение температуры хотенда означает, что на хотенде будет меньше тепла. Это может помочь предотвратить засор из-за тепловой ползучести, но это не окончательное решение. И, конечно же, это можно делать только в том случае, если вы находитесь в температурном диапазоне, требуемом для вашего филамента.

Решение №2: увеличьте скорость вентилятора

Следующее лучшее решение — увеличить скорость вентилятора или если у вас нет вентилятора радиатора хотенда, добавить его.

Скорость вентилятора должна быть достаточно сильной, чтобы филамент не расплавился раньше, чем должен. Если у вас его еще нет, добавьте небольшой вентилятор 4020 (размером 40 x 20 мм) где-нибудь вокруг радиатора, в идеале прикрепленный к радиатору или дующий в его сторону.

Во-первых, вы должны установить скорость вращения вентилятора на 100% и убедиться, что тепловыделение прекращено. После этого уменьшайте скорость с шагом 10%, если вы испытываете деформацию, растрескивание или другие проблемы печати, связанные с охлаждением.

Noctua , TH3D и CUI Devices — это бренды, предлагающие эффективные вентиляторы с хотендом. Однако, если вы ищете тихого вентилятора, Noctua — лучший выбор.

Решение № 3: Увеличение скорости печати

Еще одно простое решение, увеличение скорости печати — это скорее стратегия уменьшения тепловой ползучести. Увеличение скорости обычно противоположно тому, что вы хотите сделать при замятии хотенда, потому что это может вызвать недостаточную экструзию. Однако это другой сценарий для текучести.

Нагрев филамента требует времени. Более быстрое продвижение филамента через хотенд означает меньшее время, необходимое для достижения зоны плавления. Поступая так, вы уменьшаете вероятность того, что филамент станет достаточно горячим, чтобы расплавиться раньше, чем это необходимо.

Вы должны использовать ту же температуру со скоростью на 10-15 мм/с быстрее, чем обычно. Рассмотрите возможность регулировки скорости печати с шагом 2-5 мм/с, пока не найдете правильное сочетание правильного плавления и предотвращения недоэкструзии.

Решение №4: Заменить хотенд

Последний и более радикальный вариант — заменить хотенд на что-то более подходящее для ваших проектов.

Хотя цельнометаллические хотенды часто рассматриваются как усовершенствования по сравнению с другими, они могут действовать как катализатор ползучести тепла, если другие условия приводят к избыточному нагреву. В этом случае вы можете рассмотреть возможность использования хотенда с футеровкой из PTFE.

Хотенд с футеровкой из PTFE вместе со съемной трубкой из PTFE обеспечивает лучшую изоляцию филамента и сохраняет температуру подплавления до тех пор, пока нить не попадет в зону плавления. Это решение предотвращает попадание тепла на хотенд, но не устраняет проблему.

Все это говорит о том, что любой качественный хотенд, рассчитанный на высокие температуры, не должен вызывать у вас проблем с тепловой ползучастью (при условии, что ваша установка не вызывает других проблем). Цельнометаллические хотенды, такие как E3D V6 или Copperhead от Slice Engineering, должны предотвращать тепловую ползучесть.

Советы и хитрости

Ниже мы перечислили несколько советов и приемов, которые обычно должны помочь справиться с тепловой ползучестью:

• Определите правильно проблему: убедитесь, что проблема действительно связана с ползучестью, а не с засором или заеданием в хотенде. Для этого убедитесь, что трубка из ПТФЭ плотно прилегает к соплу, в противном случае вы получите другие типы застревания. Вы можете попробовать заменить сопло, чтобы убедиться, что проблема не в нём. Если вы заменили сопло и по-прежнему испытываете проблемы, скорее всего, вы имеете дело с тепловой ползучестью.
• Изменяйте настройки по одной: настройка нескольких параметров печати слайсера или конфигурации оборудования затрудняет определение того, какая настройка решила проблему. Вам следует настраивать по одному параметру слайсера и функцию механической сборки за раз, чтобы определить, что на самом деле работает.
• Очистите хотенд: вы не хотите, чтобы другие частицы вызывали проблемы, поэтому убедитесь, что вы чистите узел хотенда каждые несколько отпечатков. Грязный узел хотенда может вызвать больше проблем, чем просто текучесть. Чтобы очистить узел хотенда , используйте влажную ткань из микрофибры или ткань со спиртом и протрите внешнюю и внутреннюю часть компонентов хотенда, пока они горячие (нормальная температура печати). Чтобы прочистить или разблокировать сопло , используйте небольшую иглу для сопла и проткните ее.
• Используйте высококачественную трубку PTFE: использование высококачественной трубки из PTFE означает лучшую изоляцию волокна внутри трубки из PTFE. Чем выше термостойкость, тем выше качество трубки из PTFE. Хорошим примером высококачественной трубки из PTFE является Козерог.
• Обрежьте конец трубки из PTFE: если отрезать конец трубки из PTFE, это гарантирует, что конец тефлоновой трубки не сгорел и не запекся. Это позволяет добиться хорошей посадки между концом трубки PTFE и соплом, что помогает предотвратить тепловую ползучесть и другие проблемы.
• Используйте качественный филамент: низкокачественная филамент имеет непостоянный диаметр, а также может вызвать засор в хотенде, поэтому мы рекомендуем использовать высококачественную филамент с допуском ниже +/- 0,05 мм.
• Выключите принтер после печати: некоторые пользователи заметили, что выключение своих принтеров после печати, чтобы узел хотенда не оставался нагретым, также может помочь. Просто убедитесь, что ваш хотенд все еще не нагревается, когда вы выключаете принтер.
• Удалите филамент после печати. Еще одна уловка, которую вы можете использовать — это удалить филамент после печати. Если филамент остается в хотенде, пока он остывает, он может постепенно плавиться все выше и выше над зоной плавления. Вам следует удалять филамент после каждой печати, чтобы он не расплавился слишком рано и не стал причиной тепловой ползучести.
• Откат: Параметр печати, который контролирует сколько филамента втягивается печатающей головкой. Слишком большой откат может привести к вытягиванию горячего филамента над зоной плавления и может способствовать прохождению тепла через узел. Если вы думаете, что это именно то, что происходит, попробуйте уменьшить настройки отката с шагом 0,5 мм.
• Чистый вентилятор хотенда: грязный вентилятор хотенда может вращаться медленнее и оказывать меньшее охлаждающее воздействие на хотенда. Время от времени очищайте вентилятор влажной тканью из микрофибры или салфеткой со спиртом, осторожно протирая нижнюю и верхнюю стороны вентилятора.