Kodėl PLA plastiko sluoksniai nesiklijuoja

Kas yra PLA ir kodėl jis taip populiarus 3D spausdinime

PLA arba polilaktidas – tai vienas iš populiariausių medžiagų 3D spausdinimui. Jis gaminamas iš atsinaujinančių išteklių, tokių kaip kukurūzų krakmolas ar cukranendrės, todėl daugelis entuziastų jį renkasi kaip ekologiškesnę alternatyvą kitoms plastiko rūšims. Bet svarbiausia – PLA yra gana lengva spausdinti, jis nereikalauja labai aukštos temperatūros ir paprastai neturi stipraus kvapo spausdinimo metu.

Tačiau net ir su šia „draugiška pradedantiesiems” medžiaga pasitaiko problemų. Viena iš dažniausių ir skaudžiausių – kai atspausdinto objekto sluoksniai tiesiog nesiklijuoja tarpusavyje. Tuomet gaunasi trapus, silpnas gaminys, kuris gali tiesiog išsisluoksniuoti rankose. Pabandykite įsivaizduoti – spausdinote kažką kelias valandas, o rezultatas primena lapelių krūvelę, kurią galima lengvai išardyti. Frustruojanti patirtis, ar ne?

Temperatūros žaidimai – pagrindinė nesiklijavimo priežastis

Pirmiausia reikia suprasti, kaip iš viso veikia sluoksnių sukibimas. Kai karštas PLA filamentas išspaudžiamas per spausdintuvo antgalį (nozzle), jis turi būti pakankamai karštas, kad dalinis sluoksnis iš dalies išsilydytų ir susilietų su žemiau esančiu sluoksniu. Tai tarsi ledų tirpimas – jei viršutinis sluoksnis per greitas atvės, jis tiesiog guls ant apatinio kaip atskira plokštelė, bet nesusijungs su juo molekuliniu lygmeniu.

Daugelis gamintojų rekomenduoja spausdinti PLA esant 190-220°C temperatūrai. Bet tai tik orientacinis intervalas. Skirtingų gamintojų PLA gali turėti šiek tiek skirtingą sudėtį, pridėtų pigmentų ar priedų. Pavyzdžiui, juodas PLA dažnai reikalauja šiek tiek aukštesnės temperatūros nei baltas ar permatomas. Jei spausdinate per žema temperatūra, plastikas nepakankamai išsilydo, ir sluoksniai tiesiog guls vienas ant kito kaip plytos be cemento.

Praktiškai tai galite patikrinti labai paprastai – pabandykite rankomis išlenkti atspausdintą detalę. Jei ji lengvai skyla išilgai sluoksnių linijų, temperatūra greičiausiai per žema. Kai kurie spausdina specialius temperatūros bokštus (temperature towers) – tai testiniai objektai, kurie spausdinami keičiant temperatūrą kas kelis milimetrus. Taip galite vizualiai pamatyti, kurioje temperatūroje jūsų konkretus filamentas geriausiai veikia.

Vėsinimas – draugas ar priešas?

Dabar tampa įdomu, nes čia prasideda paradoksas. Iš vienos pusės, PLA reikia vėsinimo, kad išlaikytų formą ir nesideformuotų. Iš kitos pusės – per intensyvus vėsinimas gali sukelti būtent tą nesiklijavimo problemą, apie kurią čia kalbame.

Kai spausdintuvo ventiliatorius pučia šaltą orą tiesiai į ką tik išspausdintą sluoksnį, tas sluoksnis labai greitai atvėsta. Tai puiku spausdinant smulkias detales ar iškyšas, kurios kitaip tiesiog nuvarvėtų. Bet jei ventiliatorius dirba visu pajėgumu nuo pat pirmojo sluoksnio, naujai padėtas karštas plastikas neturi pakankamai laiko susieti su apatiniu sluoksniu. Rezultatas – silpnas sukibimas.

Profesionalūs spausdintojai dažnai nustato ventiliatorių taip, kad pirmuosius 2-3 sluoksnius jis apskritai nedirbtų arba dirbtų minimaliu pajėgumu. Vėliau, kai objektas jau turi tvirtą pagrindą, ventiliatoriaus greitis palaipsniui didinamas. Kai kuriose slicer programose (programose, kurios paruošia 3D modelius spausdinimui) galite nustatyti, kad ventiliatorius įsijungtų tik nuo tam tikro aukščio arba laipsniškai didintų greitį.

Spausdinimo greitis ir jo įtaka

Greitis – tai dar vienas veiksnys, kuris dažnai lieka nepakankamai įvertintas. Daugelis pradedančiųjų nori spausdinti kuo greičiau, nes kas gi nori laukti 10 valandų, kai galima baigti per 5? Bet čia slypi problema.

Kai spausdintuvo galvutė juda labai greitai, plastikui lieka mažiau laiko susieti su apatiniu sluoksniu. Be to, greitas judėjimas gali sukelti vibracijas, o tai reiškia, kad naujas sluoksnis gali būti padėtas ne visai tiksliai ant ankstesnio. Net kelių dešimtųjų milimetro poslinkis gali susilpninti sukibimą.

Rekomenduojamas PLA spausdinimo greitis paprastai yra 40-60 mm/s. Taip, galite spausdinti ir greičiau – šiuolaikiniai spausdintuvai gali pasiekti 100 mm/s ar net daugiau. Bet jei susiduriate su sluoksnių nesiklijavimu, vienas iš pirmųjų dalykų, kuriuos turėtumėte išbandyti – sumažinti greitį bent iki 40 mm/s. Kartais net 30 mm/s gali būti optimalus pasirinkimas, ypač spausdinant funkcines dalis, kurioms reikia maksimalaus stiprumo.

Sluoksnio aukštis ir ekstruzijos nustatymai

Sluoksnio aukštis – tai atstumas tarp dviejų gretimų sluoksnių. Tipiškai PLA spausdinama su 0.1-0.3 mm sluoksnio aukščiu. Čia galioja tokia taisyklė: kuo plonesnis sluoksnis, tuo daugiau kontakto paviršiaus tarp sluoksnių, tačiau tuo ilgiau trunka spausdinimas.

Bet yra niuansas. Jei sluoksnio aukštis nustatytas per didelis, o ekstruzijos (plastiko išstūmimo) kiekis nepritaikytas proporcingai, gali atsitikti taip, kad naujas sluoksnis tiesiog nepakankamai spaudžiamas į apatinį. Įsivaizduokite, kad dedate labai storą sluoksnį sviesto ant duonos, bet nenaudojate peilio jį prispausti – jis tiesiog guls viršuje, bet nesusijungs su duona.

Ekstruzijos multiplikatorius (flow rate) – tai parametras, kuris nusako, kiek plastiko išstumiama. Jei jis per mažas, tarp sluoksnių lieka oro tarpeliai, ir jie nesiklijuoja. Jei per didelis – plastikas gali kauptis, sukelti bumburus ir kitas problemas. Standartinė vertė paprastai yra 100%, bet priklausomai nuo filamento kokybės ir spausdintuvo kalibravimo, gali tekti koreguoti iki 95% arba 105%.

Kaip suprasti, ar jūsų ekstruzija nustatyta teisingai? Atspausdinkite vieną sienelę (single wall) testą – tai tiesiog plona sienelė be užpildo. Išmatuokite jos storį slankmačiu. Jei nustatėte 0.4 mm antgalio skersmenį, sienelė turėtų būti apie 0.4 mm. Jei plonesnė – didinkite ekstruzijos multiplikatorių, jei storesnė – mažinkite.

Filamento kokybė ir saugojimas

Ne visi filamentai sukurti vienodi. Pigus, nekokybiškas PLA gali turėti nevienodą skersmenį, priemaišų ar kitų problemų. Bet net ir aukštos kokybės filamentas gali sugesti, jei netinkamai saugomas.

PLA yra higroskopiškas – tai reiškia, kad jis sugeria drėgmę iš oro. Kai drėgnas filamentas įkaitinamas spausdintuvo antgalyje, vanduo virsta garais ir sukelia burbulus išeinančiame plastike. Tai ne tik atrodo blogai (paviršius tampa šiurkštus), bet ir silpnina sluoksnių sukibimą. Tie maži burbulai veikia kaip oro kišenės tarp sluoksnių.

Kaip suprasti, kad filamentas drėgnas? Klausykitės. Drėgnas PLA spausdinimo metu skleidžia traškėjimo ar šnypščiančius garsus – tai vandens garai sprogo. Taip pat galite pastebėti, kad iš antgalio eina garo debesėlis. Jei pastebite šiuos požymius, filamentą reikia išdžiovinti.

Filamentą galite džiovinti specialiame džiovinimo įrenginyje, maisto produktų džiovintuve arba net orkaitėje (apie 40-50°C temperatūroje kelias valandas). Po džiovinimo saugokite filamentą hermetiškai uždarytoje dėžėje su silikagelio pakeliais. Kai kurie entuziastai net spausdina iš specialių „dry box” dėžučių, kuriose filamentas saugomas sausas visą spausdinimo laiką.

Spausdintuvo mechaninės problemos

Kartais problema slypi ne nustatymuose, o pačiame spausdintuvo aparatiniame įrengime. Jei Z ašis (vertikali ašis) juda netolygia, sluoksniai gali būti dedami netolygiais atstumais. Vienas sluoksnis gali būti per stipriai prispaustas, kitas – per silpnai.

Patikrinkite Z ašies strypus – ar jie švarūs, sutepti, ar nėra mechaninių trukdžių? Ar Z ašies variklis dirba sklandžiai? Kartais net mažytė dulkelė ant strypo gali sukelti mikroskopinį sutrukdymą, kuris pakartojamas kas kelias dešimtis sluoksnių.

Dar viena dažna problema – išcentruotas antgalis. Jei antgalis šiek tiek svyruoja ar vibruoja spausdinimo metu, sluoksniai gali būti dedami ne visai tiksliai vienas ant kito. Patikrinkite visus varžtus ir jungtis – ar viskas tvirtai priveržta? Kartais po kelių mėnesių intensyvaus naudojimo kai kurie varžtai gali atsilaisvinti.

Kai viskas atrodo gerai, bet vis tiek nesiklijuoja

Jei išbandėte viską aukščiau išvardinta, bet problema išlieka, laikas pažvelgti į kelis mažiau akivaizdžius dalykus. Vienas iš jų – aplinkos temperatūra. Jei spausdinate šaltame kambaryje (žemiau 18°C), PLA sluoksniai gali per greitai atvėsti net ir su išjungtu ventiliatoriumi. Kai kurie spausdintojai turi uždarą kamerą, kuri padeda išlaikyti stabilią temperatūrą, bet jei jūsų spausdintuvas atviras, paprastas kambario šildytuvas gali išspręsti problemą.

Retarder settings – tai nustatymai, kurie priverčia spausdintuvo galvutę judėti lėčiau ant mažų sluoksnių, kad jie turėtų laiko atvėsti. Bet jei šis nustatymas per agresyvus, galvutė gali per ilgai užsibūti virš ką tik padėto plastiko ir jį perkaitinti. Tai gali sukelti deformacijas ir, paradoksaliai, pabloginti sukibimą.

Dar vienas dalykas – slicer programos nustatymai, susiję su „combing” ir „retraction”. Combing nusako, kaip spausdintuvo galvutė juda tarp spausdinimo taškų, o retraction – kaip filamentas įtraukiamas atgal, kad nepiltų. Jei šie nustatymai netinkami, gali atsirasti mažų spragelių ar netolygumo, kurie trukdo sluoksniams gerai susieti.

Kai problema tampa sprendimu – kaip pasiekti tobulą sukibimą

Taigi, apibendrinant visą šią informaciją, sluoksnių nesiklijavimas paprastai yra ne vienos priežasties, o kelių veiksnių kombinacijos rezultatas. Pradėkite nuo pagrindų: įsitikinkite, kad spausdinimo temperatūra yra pakankamai aukšta jūsų konkrečiam filamentui. Atlikite temperatūros bokšto testą, jei nesate tikri.

Antra, peržiūrėkite vėsinimo nustatymus. Pirmiesiems sluoksniams sumažinkite arba išjunkite ventiliatorių. Trečia, sulėtinkite spausdinimo greitį – kantrybė čia tikrai atsipirks. Ketvirta, patikrinkite, ar filamentas sausas ir kokybiškas. Penkta, įsitikinkite, kad spausdintuvo mechanika tvarkinga.

Jei vis dar susiduriate su problemomis, bandykite spausdinti paprastą testinį objektą – pavyzdžiui, mažą kubelį – ir metodiškai keiskite po vieną parametrą vienu metu. Užsirašykite rezultatus. Taip suprasite, kuris konkrečiai nustatymas daro didžiausią skirtumą jūsų spausdintuvui ir filamentui.

Atminkite, kad 3D spausdinimas yra tiek menas, tiek mokslas. Kiekvienas spausdintuvas turi savo charakterį, kiekvienas filamentas – savo savybes. Tai, kas veikia kitiems, nebūtinai veiks jums, ir atvirkščiai. Bet kai pagaliau rasi tą tobulą nustatymų kombinaciją ir pamatysi, kaip sluoksniai susilydo į vientisą, tvirtą objektą – ta jausmas tikrai verta visų tų eksperimentų ir nesėkmių.