Ползучесть тепла в 3D-печати:что это такое, причины и как это остановить

Ползучесть тепла — это проблема, возникающая в процессах 3D-печати горячей экструзией (FDM (моделирование наплавлением) и FFF (изготовление плавленой нити). Это нежелательное перемещение нагрева нити от горячего конца. Для этого существует множество возможных причин, но некоторые из них могут сочетаться, поэтому важно оценить все хорошо понятные проблемы. В этой статье будет дано определение ползучести при 3D-печати, указано, что ее вызывает, и предложены некоторые решения для ее предотвращения.

Что такое тепловая ползучесть в 3D-печати?

Ползучесть тепла — это процесс нестационарной теплопередачи по всему горячему концу, в результате которого нить плавится слишком рано, до зоны плавления. Это приводит к засорению некоторых частей, особенно на пути экструзии и трубке теплового барьера. Ползучесть тепла имеет различные причины, каждая из которых в той или иной степени поддается контролю. Дополнительную информацию можно найти в нашем руководстве по 3D-печати.

Диаграмма, показывающая ползучесть тепла

Что вызывает перегрев в 3D-принтере?

1. Хотэнд перегревается

Нить подается через электрический нагреватель, который должен доводить ее до нужной температуры экструзии по мере ее подачи. Это устройство обычно называют «горячим концом». Неисправный термостат (плохое термическое соединение с горячим концом) или слишком высокая настройка температуры могут привести к повышению температуры в подающих частях печатающей головки до уровня, при котором нить преждевременно расплавится.

2. Недостаточное охлаждение горячего конца или сломанный охлаждающий вентилятор

Горячий конец охлаждается вентилятором, создавая сильный градиент температуры внутри печатающей головки. Если вентилятор не подает достаточно охлаждающего воздуха, накопление тепла уменьшит температурный градиент и преждевременно расплавит нить. Это может быть результатом настройки скорости вентилятора, его повреждения, скопления мусора и других причин.

3. Filament тратит слишком много времени на горячий конец

Если печать продвигается медленно или останавливается из-за другой проблемы, нить проведет слишком много времени в горячем конце, позволяя ей плавиться вверх по направлению к устройству подачи. Это также может указывать на то, что горячий конец нагревается, поэтому это может быть скорее симптомом, чем причиной перегрева.

Чтобы узнать больше, прочтите наше полное руководство по нити.

4. Дизайн горячего конца

Теплоизоляция горячего конца — распространенная проблема при проектировании. В экструзионные головки более высокого качества встроены тепловые барьеры для увеличения локализации тепла в экструдере.

5. Скорость печати недостаточна

Если скорость печати низкая, но нагрев горячего конца и настройки вентилятора рассчитаны на более высокую скорость печати, накопление тепла снова приведет к проникновению тепла в нить.

6. Выход из строя направляющей трубки из ПТФЭ

Нить обычно подается к горячему концу через трубку из ПТФЭ, которая должна изолировать ее от прямого нагрева до тех пор, пока она не попадет в зону плавления. Если направляющая трубка изношена или неправильно размещена и сильно прижата к горячему металлу печатающей головки, в устройстве подачи может произойти расплавление, поскольку нить подвергается чрезмерному нагреву.

7. Пыльный радиатор

Если на хотэнде есть радиатор, но он забит грязью или обрезками, это ограничит циркуляцию воздуха и повлияет на градиент температуры на хотэнде.

Чтобы узнать больше, прочтите наше полное руководство по радиаторам.

Как исправить ползучесть при нагревании при 3D-печати?

Ниже приведены несколько советов о том, как устранить перегрев при 3D-печати:

1. Повысьте эффективность печати

Печать, которая выполняется быстро и содержит минимальное время паузы или замедления, снижает вероятность перегрева. При более быстрой печати нить пройдет быстро и не успеет перегреться над экструдером.

2. Обменять горячий конец

Горячий конец более высокого качества может существенно повлиять на производительность печати в целом и на снижение температуры в частности. Лучшее качество вентиляторов, улучшенная конструкция радиатора и дополнительная встроенная теплоизоляция — все это может помочь в решении проблемы. Это особенно верно в отношении самых недорогих машин, которые значительно выигрывают от обновления печатающей головки.

3. Увеличьте скорость вентилятора

Увеличение скорости вращения вентилятора — это простое решение, которое может иметь большое значение. Для этого требуется только увеличить скорость вентилятора в настройках машины, что требует корректировки настроек машины. Это основной заложенный элемент в создании необходимого температурного градиента в печатающей головке.

4. Уменьшите температуру горячего конца

Если температура горячего конца установлена слишком высокой, или термопара неисправна или плохо контактирует с металлом экструдера, тогда температура экструдера будет направлять тепло вверх и вызывать перегрев. Уменьшите заданное значение и с помощью ИК-термометра убедитесь, что экструдер имеет правильную температуру и не испытывает резких колебаний температуры. Это укажет на проблемы с термопарой.

5. Радиатор необходимо очистить

Базовое обслуживание машины должно включать очистку печатающей головки. Обязательно регулярно удаляйте скопления грязи и остатков принтера, которые могут препятствовать потоку воздуха через радиатор и ухудшать охлаждение.

Каковы различные способы избежать теплового ползучести при 3D-печати?

Первый и самый важный способ избежать перегрева при 3D-печати — это тщательное и тщательное профилактическое обслуживание. Грязь и отходы печати мешают охлаждению. Неправильно расположенные термопары могут нарушить нагрев экструдера. Плохая и прерывистая подача нити может нарушить печать и привести к перегреву. Изношенная направляющая трубка может направить тепло не туда.

Также очень важно, чтобы настройки машины тщательно контролировались и корректировались на основе оценки результатов печати. В частности, низкоскоростная печать может привести к развитию и ухудшению ползучести тепла. Если не отрегулировать температуру сопла при смене материалов или не проверить производительность, особенно перед длительной сборкой, увеличивается риск перегрева.

Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашим руководством «10 способов предотвратить сползание головки при 3D-печати».

Как часто случается потепление?

Ползучесть тепла — это режим сбоя сборки, который может особенно повлиять на более длинные сборки. Увеличенное время работы может привести к накоплению тепла горячего конца в гребне печатающей головки, если для предотвращения этого не имеется достаточного теплового охлаждения. Не существует жесткого правила относительно того, как часто и как быстро в конструкции может проявляться перегрев. Существует множество причин, которые часто объединяются, усугубляя проблему. Однако недорогие печатающие головки, несовершенное обслуживание и слишком агрессивные настройки увеличивают вероятность возникновения этой проблемы.

Существует ли тип 3D-принтера, в котором обычно не происходит перегрева?

Да, существуют типы 3D-принтеров, в которых ползучести тепла не происходит, включая плавление порошкового слоя и струйную обработку материала, где в качестве материала используется порошок или смола. Ползучесть нагрева является фактом печати FDM/FFF, и в некоторых отношениях ее распространенность пропорциональна стоимости оборудования. Это не означает, что это просто или в первую очередь вопрос качества машины, поскольку техническое обслуживание и настройки машины играют большую роль. 

Машины, которые интенсивно эксплуатируются, хорошо обслуживаются и управляются квалифицированными и опытными руками, гораздо реже страдают от перегрева. Машины с высокопроизводительными и более дорогими печатающими головками будут испытывать меньший перегрев. Машины, обычно используемые для небольших сборок, также будут меньше нагреваться, поскольку у них просто нет времени для накопления проблемного тепла.

В чем разница между тепловой ползучестью и ползучестью (деформацией)?

Тепловая ползучесть — это очень специфический термин, описывающий постепенное плавление нити FDM/FFF. Расползание тепла происходит над экструзионной головкой (где требуется плавление) и в питатель, где это губительно для сборки. Это проблема настройки и обслуживания 3D-принтеров, основанных на экструзии нити. Инженерный термин ползучесть описывает режим отказа, общий для пластмасс, но не неизвестный и для других материалов. Он описывает пластическую (необратимую, постоянную) деформацию, которой подвергается компонент под нагрузкой. В частности, это проблема для компонентов, испытывающих силы, которые приближаются (или превышают) их предел упругости или предел текучести в сценариях постоянной или циклической нагрузки.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса