Ve srovnání s tradičními metodami výroby je 3D tisk ekonomičtější, uživatelsky přívětivější a produkuje výrazně méně odpadu a škodlivých vedlejších produktů. Umožnil, aby se prototypování a malosériová produkce přesunuly do našich domácností. Nicméně, i když je 3D tisk praktický, rozhodně není bez problémů.
Různé faktory, od nesprávného napnutí řemene a nevhodného utažení trysky až po špatné nastavení mnoha parametrů v softwaru pro krájení, mohou vést k nezdaru vašeho 3D tisku. Ale nemusíte se obávat, shromáždili jsme nejběžnější příčiny selhání 3D tisku spolu s praktickými radami, jak se jim vyhnout.
1. Vláknění
Vláknění nemusí nutně znamenat katastrofální selhání u estetických 3D tisků, ale tenké prameny plastu, které se táhnou vodorovně přes volné prostory vašeho modelu, znehodnocují jeho vzhled. A co je horší, nadměrné vláknění může dokonce způsobit problémy s přesností funkčních tisků – zejména těch s pohyblivými částmi.
Co způsobuje vláknění?
K této nevzhledné vadě dochází, když 3D tiskárna nedokáže zabránit vytékání roztaveného materiálu z trysky, když se pohybuje nad prázdnými prostory 3D modelu. Tento jev je ovlivněn několika faktory, od viskozity roztaveného filamentu až po tlak v trysce.
Jinými slovy, tisk při příliš vysokých teplotách usnadňuje vytékání filamentu z trysky a způsobuje vláknění. Stejně tak neuvolnění tlaku v trysce může vést k předčasnému vytlačování roztaveného plastu. Přítomnost vlhkosti ve filamentu může také přispívat k vláknění.
A aby toho nebylo málo, některé materiály, jako je PETG, jsou přirozeně náchylnější k této vadě 3D tisku.
Jak opravit vláknění: Použijte nižší teplotu
Čím vyšší je teplota trysky, tím snadněji materiál vytéká, když by neměl. Správným nastavením teploty trysky dosáhnete optimální viskozity filamentu, což zase umožní 3D tiskárně přesněji řídit tok roztaveného materiálu. Naštěstí existuje jednoduchý způsob, jak toho dosáhnout.
Většina moderních slicerů, jako je PrusaSlicer nebo jeho open-source alternativa SuperSlicer, obsahuje vestavěné testovací modely teplotních věží. Použijte tyto kalibrační nástroje k doladění nastavení teploty trysky pro zvolený filament. Teplotní věž umožňuje tisknout různé části modelu při různých teplotách trysek.
To je ideální pro nalezení optimálního nastavení mezi maximalizací pevnosti vrstev a minimalizací vláknění. Otestujte tištěný model v různých výškách a zjistěte, které nastavení teploty je dostatečně pevné pro vaši aplikaci a zároveň omezuje vláknění.
Jak vyladit nastavení retrakce
Nyní, když jsme vyřešili problém s nadměrnou teplotou trysky, můžeme se zaměřit na snížení tlaku v trysce. Vytlačování roztaveného materiálu z malého otvoru v trysce vyžaduje značný tlak. Pokud se tento velký tlak včas nesníží, bude materiál nadále vytékat z trysky a projevovat se jako vlákna.
Software pro krájení má pro tento účel nastavení nazvané vzdálenost retrakce. Jak název napovídá, snižuje tlak v trysce tím, že táhne filament zpět. Hodnoty retrakční vzdálenosti se měří v milimetrech a u extrudérů s přímým pohonem se pohybují mezi 0,4 mm a 1,2 mm. Bowdenové extrudéry však vyžadují zatažení kdekoli mezi 2 mm a 7 mm. Pokud si nejste jisti typy extrudérů, náš článek o extruderech s přímým pohonem a Bowden by vám měl pomoci.
Hodnota se také mění s tuhostí/pružností materiálu filamentu. Tisk kalibračních modelů optimalizovaných pro retrakci je jediný spolehlivý způsob, jak určit správné nastavení pro vaši 3D tiskárnu. Stejně jako teplotní věž bude většina slušných slicerů obsahovat vestavěné věže pro retrakci. Pokud ne, můžete si stáhnout věž pro retrakci z Printables a zjistit, které nastavení vzdálenosti retrakce vám nejlépe vyhovuje.
Kromě vzdálenosti retrakce ovlivňuje vláknění také rychlost retrakce. U většiny filamentů se pohybuje mezi 25 mm/s a 60 mm/s, ale také záleží na tom, zda používáte přímý nebo bowdenový extrudér, a také na tuhosti/pružnosti tištěného materiálu. Příliš nízká rychlost zhoršuje vláknění, zatímco nadměrná hodnota způsobí roztřepení filamentu ozubenými koly extrudéru nebo dokonce jeho úplné přetržení. Opět platí, že nejlepším postupem jsou kalibrační tisky.
2. Ucpání trysky
K ucpání trysky dochází, když filament nemůže projít tryskou, což má za následek neúplné výtisky nebo žádné vytlačování materiálu. Na rozdíl od vláknění to vždy vede k úplnému selhání tisku. Identifikace příčiny ucpání a nalezení řešení také není jednoduché, a to kvůli mnoha proměnným.
Co způsobuje ucpání trysky a jak jim předcházet
Složitost extrudéru 3D tiskárny vytváří mnoho potenciálních míst selhání, které mohou přispívat k ucpání trysky. Obecně platí, že hlavní příčiny sahají od mechanických problémů (extruder, tryska, ohřívač) po výběr filamentu a postupy manipulace. Podívejme se na nejčastější příčiny.
Kvalita filamentu: Levnější filamenty často obsahují prach a nečistoty, které se mohou časem hromadit v trysce a nakonec ji ucpat. Není neobvyklé najít dokonce i kovové úlomky uvnitř filamentů vyrobených značkami, které nedodržují správné výrobní standardy. K ucpání běžné trysky, která má otvor pouhých 0,4 mm, není potřeba mnoho. Vyplatí se používat kvalitní filamenty od renomovaných značek. Nicméně je snadné zmírnit negativní dopad levných filamentů, pokud se budete řídit naším průvodcem čištění trysky za studena.
Nesprávná velikost trysky: Technické filamenty, které obsahují směsi uhlíkových a skleněných vláken, mohou snadno ucpat standardní trysky 0,4 mm, které se nacházejí na většině 3D tiskáren. Je lepší použít větší trysky s průměrem 0,6 mm, abyste snížili riziko, že relativně velké kompozitní materiály zablokují malý otvor trysky. Tato rada platí i pro dřevěné filamenty, filamenty svítící ve tmě a filamenty s příměsí kovu.
Obrazový kredit: Nachiket Mhatre
Nadměrná výška vrstvy: Silnější vrstvy se tisknou rychleji, ale přehánění může snadno ucpat trysku. Nastavení výšky vrstvy by v ideálním případě nemělo přesáhnout 75 % velikosti trysky. To znamená, že výška vrstvy 0,3 mm je asi maximum, co můžete bezpečně použít pro trysku 0,4 mm.
Tisk modelů s většími výškami vrstev vyžaduje radikálně vysoký objemový průtok filamentu, což není možné bez zvýšení teploty trysky. Nedostatečné teplo znemožní extrudéru vytlačit chladný filament z trysky.
Tepelné tečení: Na opačném konci spektra může tisk při příliš vysokých teplotách způsobit „tečení“ tepla z horké strany přes tepelný zlom na studenou stranu. K ucpání trysky dochází vždy, když se filament roztaví na nesprávné straně tepelného zlomu. Pokud váš ventilátor hotendu přestane fungovat, nemusíte tisknout příliš horko, aby došlo k ucpání trysky u materiálů s nízkou teplotou tání, jako je PLA.
Tomu lze účinně předcházet kontrolou funkčnosti ventilátoru hotendu před tiskem. Použití titanových nebo tenčích ocelových heatbreaků také snižuje tepelné tečení. Pokud tisknete PLA v uzavřené tiskárně, je vhodné nechat dvířka otevřená. Pokud nic jiného nezabere, možná budete muset přejít na výkonnější ventilátor hotendu.
Opotřebení extrudéru: Sestava motoru a převodu extrudéru musí vyvinout obrovský točivý moment a uchopení, aby se filament protlačil tryskou. To platí zejména při vysokých rychlostech tisku u materiálů, které se tisknou při vyšších teplotách. Výstupní točivý moment stárnoucích krokových motorů extrudéru může časem klesnout nebo se ozubená kola extrudéru mohou opotřebovat. Kombinace těchto faktorů na staré tiskárně může způsobit dostatečný pokles vytlačovací síly, což má za následek ucpání trysky.
Pokud však dojde k ucpání trysky, bude se vám hodit náš praktický průvodce čištěním trysek 3D tiskárny.
3. Deformace
K deformaci dochází, když se rohy nebo okraje výtisku během tisku odlepí od tiskové podložky. I když to může vypadat jako kosmetická vada, narušuje to rozměrovou přesnost funkčních výtisků, což je nežádoucí. A co je horší, nadměrná deformace může také způsobit, že se celý výtisk odlepí od podložky a tisk se zničí.
Obrazový kredit: CNC kuchyně/Youtube
Co způsobuje deformaci?
Je snazší porozumět mechanismu deformace, pokud si představíme miniaturní stěnu vytištěnou z ABS. Prvních několik vrstev se položí při 260 °C na podložku, která je zahřátá na 100 °C, aby se zlepšila přilnavost. Jak tisk pokračuje, vrstvy u podložky mají 100 °C, zatímco vrstvy nahoře mají mnohem nižší teplotu.
Horní vrstvy, které jsou v kontaktu s chladnějším okolním vzduchem, se při ochlazování začnou smršťovat, zatímco teplejší spodní vrstvy u vyhřívané podložky jsou v důsledku rozpínání relativně větší. Smršťující se horní vrstvy způsobují, že se teplejší vrstvy u podložky následně ohýbají, což se projeví, když se rohy zvednou od podložky.
Zatímco přilnavost k podložce může zmírnit deformaci, ve skutečnosti k ní dochází v důsledku teplotního rozdílu mezi horkými a studenými vrstvami výtisku. To je důvod, proč je deformace více patrná u technických materiálů, jako je nylon a ABS, které se tisknou při výrazně vyšších teplotách.
Jak zabránit deformaci
Vyrovnání teplotního rozdílu je nejlepším způsobem, jak zmírnit deformaci. U výtisků z ABS je to snadné, protože vše, co potřebujete, je uzavřená tisková komora. Ta zadržuje teplo generované podložkou, čímž se zvýší teplota komory až na 70 °C u menších tiskáren, jako je řada Voron 0.
Tato metoda funguje také pro náročnější materiály, jako je nylon a polykarbonát. V ideálním případě byste měli elektroniku tiskárny přesunout mimo komoru, abyste zajistili její dlouhou životnost. Nicméně jednoduchá skříň nedokáže zabránit deformaci extrémně velkých nebo vysokých výtisků na větší 3D tiskárně. V tomto případě je nutné tiskovou komoru aktivně zahřát, aby se její teplota přiblížila alespoň 60 °C.
Je třeba poznamenat, že takto vysoké teploty v komoře nejsou ideální pro materiály, jako jsou PLA a PETG, které mají tendenci při těchto teplotách měknout. Tyto materiály se nejlépe tisknou na otevřených 3D tiskárnách s podložkou zahřátou na teplotu skelného přechodu (změknutí) (mezi 45 °C a 60 °C), aby se podpořila přilnavost. Deformaci lze dále zmírnit snížením teploty trysky, ale to také vede ke slabším výtiskům.
Obecně platí, že přidání okrajů na velké ploché povrchy nebo klapek do ostrých rohů vašich výtisků zlepšuje přilnavost, protože tak účinně brání smršťujícímu se materiálu v deformaci spodních vrstev. Náš průvodce různými povrchy pro 3D tisk (a kdy je použít) vám pomůže zlepšit přilnavost první vrstvy.
4. Separace vrstev nebo slabé výtisky
K separaci vrstev nebo delaminaci dochází, když vrstvy výtisku k sobě správně nepřilnou, což vede k mezerám nebo prasklinám ve výtisku. 3D tiskárna je v podstatě tavná lepicí pistole ovládaná robotem. A tavné lepidlo funguje, protože je horké.
Stejně tak tisk při nižších teplotách trysky sice vede k hezčím výtiskům, které se tolik nekroutí, ale nedostatek tepla vážně zhoršuje přilnavost mezi vrstvami. To vede ke slabým výtiskům, které se snadno zlomí podél linií vrstev.
Obrazový kredit: Callum coles/Youtube
Jak zlepšit přilnavost vrstev a zabránit slabým výtiskům
Pevnost vašeho 3D výtisku ve všech směrech, kromě podél linií vrstev, je dána výrobcem filamentu. Přečtěte si více o tom, jak výběr filamentu ovlivňuje úspěch vašich 3D tisků. Linii vrstev jsou však slabým místem všech 3D tisků bez ohledu na použitý materiál. Pro zlepšení přilnavosti mezi vrstvami je proto nutné dodržovat následující osvědčené postupy.
Tisk při vhodných teplotách: Kalibrujte teplotu trysky pomocí testovacích výtisků teplotní věže, které jsme zmínili dříve. Tyto 3D modely jsou navrženy tak, aby se daly zaklapnout v každém teplotním úseku a zkontrolovala se tak pevnost přilnavosti vrstev. Je to nejlepší způsob, jak dosáhnout rovnováhy mezi kvalitou tisku a pevností mezi vrstvami.
Vysoká rychlost ventilátoru chlazení součásti: Příliš vysoká rychlost ventilátoru chlazení součásti může způsobit příliš rychlé ochlazení vrstev, což vede ke špatné přilnavosti. Zatímco rychlejší chlazení součásti zajišťuje hezčí výtisky a lepší kvalitu přesahu/podpory, negativně to ovlivňuje přilnavost mezi vrstvami u materiálů, jako je ABS, nylon a polykarbonát.
Vlhký filament: Přítomnost vlhkosti ve filamentu způsobuje tvorbu páry v horké trysce, která vytváří mikrobubliny a dutiny ve vytlačovaném materiálu. To nejenže ničí kvalitu povrchu tisku, ale také jej činí křehkým. Materiály pro začátečníky, jako je PLA a PETG, nejsou náchylné na vlhkost, ale hygroskopické filamenty, jako je nylon, se musí před tiskem důkladně vysušit v sušičce filamentů.
Čtyři jezdci z apokalypsy 3D tisku
Dosažení úspěšných 3D výtisků nekončí zajištěním dobré přilnavosti první vrstvy. Vyladění nastavení tiskárny a sliceru pro zmírnění těchto čtyř běžných problémů by mělo výrazně snížit šanci, že narazíte na neúspěšný 3D tisk.