Влажность: безмолвная угроза для нитей 3D-печати

Влажность — это вода, проникающая в тело, или пар, присутствующий в атмосфере. Для всех живых существ вода — самое необходимое для выживания, даже больше еды, но для неживых элементов влажность обычно источник проблем, так как вызывает окисление и деградацию многих материалов. В случае 3D-печати, а именно в нитях, избыточная концентрация влаги может вызвать длинный список проблем, все с одним исходом — проваленная 3D-печать.

Эффекты впитывания воды могут привести к следующим проблемам: повышенная хрупкость, увеличение диаметра (возможные проблемы с принтерами с экструзией типа Боуден), деградация нити, обрыв нити и т.д. Также нужно учитывать, что нити, впитавшие воду, будут требовать более высокую температуру экструзии. Помните, чтобы не держать нити в принтере, если не собираетесь печатать. Они могут застрять в экструдере, потому что, впитывая воду, они разбухают и увеличиваются в диаметре.

Следующая карта показывает среднюю годовую относительную влажность (процентное отношение между фактическим количеством водяного пара в воздухе и тем, которое нужно для насыщения при той же температуре), значение, получаемое из средней влажности, зафиксированной в двенадцати месяцах года. Относительная влажность сильно отличается в зависимости от того, в какой части европейской географии вы находитесь, более выраженная в северной части континента.

Рисунок 1: Карта относительной влажности в Европе. Источник: NeoGAF

Основные последствия влаги в нити:

• Деградация нити: Гигроскопические нити склонны впитывать воду в значительной степени, так как молекулы воды присоединяются к молекулам полимера, образуя сильные межмолекулярные связи. Эти связи могут вызывать внутренние микропереломы, ослабляющие саму структуру нити.
• Засор экструдера / хотэнда: Влага воды, сконцентрированная в нити, при нагреве в хотэнде испаряется, вызывая пустоты внутри нити, превращая её в пастообразную массу, которая забивает теплобарьер (Heat Break) или сопло. Эта проблема очень распространена при использовании нилоновых нитей с высоким процентом влажности (> 20 %).
• Плохое качество 3D-печати (прочность и отделочка): Сочетание вышеуказанного приводит к печатям с множеством проблем, как механическими, так и поверхностными. Пустоты между слоями (не всегда видимые невооружённым глазом), вызванные испарением воды, являются критическими точками, где трещины легко возникают при приложении низких усилий. Когда концентрация влажности высока, упомянутые выше пустоты вызывают шершавую и бледно-белую поверхностную отделку.

Рисунок 2: Проблемы, вызванные влажностью. Источник: PrintDry

В результате эволюции мира 3D-печати появились нити с высокой устойчивостью к влаге, такие как PETG или CPE HG100 — кополиэстеры, которые могут долго находиться в контакте с водой без проблем. Среди остальных нитей есть с умеренной устойчивостью, такие как PLA или ABS, и другие, особенно нейлоны и PVA, крайне склонные к впитыванию влаги, достигая высоких значений менее чем за день.

Сушилка
PrintDry Вакуумный
контейнер Монитор
влажности Нить
CPE HG100

Некоторые пользователи 3D-принтеров используют обычные методы удаления влаги из нити и её хранения, такие как сушка материала в домашней духовке и хранение нити в коробках с негерметичным замыканием. Эти меры, помимо того, что опасны в случае с домашней духовкой, не полностью эффективны, особенно с техническими и продвинутыми материалами. Здесь приводим серию профессиональных рекомендаций по устранению влаги и тому, как хранить нити для предотвращения впитывания:

Сушилка для нити

Самый эффективный способ устранения влаги, содержащейся в материале — использование сушилки для нити, такой как сушилка PrintDry, устройство, способное разрывать межмолекулярные связи между водой и полимером благодаря своей температуре сушки (35–70 °C) и естественному потоку воздуха внутри, который уносит влагу с поверхности нити в окружающий воздух. Идеальное значение влажности в нити — между 10–13 %.

Хранение

И в начале использования новой катушки, и после сушки нити, правильное хранение необходимо для поддержания минимального процента влажности. В обычных материалах (PLA или ABS) и коротких интервалах хранения (<2 месяцев) достаточно использования пакета с застежкой типа grip. В случае более длительного хранения или с техническими и продвинутыми материалами этой меры недостаточно. Идеальное решение — использовать герметичные контейнеры PrintDry для нити с вакуумной закачкой. Это контейнеры из высокопрочного пластика, где каждый пользователь может хранить свою нить безопасно, не беспокоясь о том, впитает ли она влагу. Потенциал этих контейнеров кроется в крышке, так как в ней находится вакуумный клапан, через который и с помощью ручного насоса (включённого в комплект контейнеров) можно выкачать воздух изнутри контейнера, обеспечивая хранение без пыли и влаги. Таким образом, можно гарантировать правильное состояние нити, хотя с момента извлечения катушки из первоначальной фабричной упаковки прошло несколько месяцев. Также нужно учитывать, что относительная влажность зоны хранения материала сильно влияет, она должна быть минимально возможной без вреда для здоровья пользователя (хорошее значение — выше 40 %).

Срок жизни нити

Срок службы качественной нити с момента производства составляет 2–3 года, при условии, что она в первоначальной упаковке и вакууме. После открытия оригинального пакета время, за которое она теряет свои механические и цветовые свойства, зависит от типа материала и хранения. PLA или ABS, хранящиеся описанным выше способом, могут сохранять свои свойства более 1 года, но если нет, они прослужат десятую часть времени. В более деликатных материалах, таких как нейлоны и PVA, полная потеря срока жизни может составить несколько дней.

Следовательно, очевидно, что поддержание нитей с низкими значениями влажности (10–13 %) — ключевой фактор, который нужно учитывать всегда, чтобы избежать проблем до, во время и после 3D-печати.

Для максимальной надёжности в момент печати жизненно важно иметь максимальное количество возможных контролируемых переменных, и влажность — одна из них для обеспечения максимальной робастности процесса печати.