Усадка пластика при 3D-печати

Sergey_engineer
Идет загрузка
Загрузка
15.05.2021
6475
27
Техничка

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

22

Здравствуйте, уважаемые. Все владельцы 3D-принтеров знакомы с ситуацией, когда печатаемая деталь отклеивается от стола и загибается. При этом для разных пластиков эта проблема проявляется по-разному. Почему одни материалы сильнее подвержены этой проблеме, а другие не так капризны? Какие факторы влияют на это? Давайте разбираться.

Видео по данной теме в конце статьи.

Все изложенное далее, результат моих размышлений, где-то обоснованных, а где-то озвучиваемых на уровне «я так думаю». Поэтому не принимайте все услышанное за 100% правду. Критику в студию.

Конечная причина загибания и отслаивания детали от стола – это внутренние напряжения, возникающие в материале. Почему они возникают? Тут следует сказать о такой вещи как тепловое расширение.

Практически любой материал при нагревании расширяется, а при охлаждении, соответственно, сжимается. Величина этого расширения и сжатия для каждого конкретного материала характеризуется коэффициентом теплового расширения (КТР). Чем больше значение КТР для материала, тем сильнее он расширяется и сжимается при изменении температуры. Вот табличка с некоторыми материалами, широко используемыми в 3D-печати:

Я не стал включать в таблицу максимальное количество материалов, а привел только те, опираясь на которые буду делать некоторые выводы далее по тексту.

Механизм возникновения внутренних напряжений из-за теплового расширения можно продемонстрировать так:

На рисунке схематично показаны укладываемые слои на стол без подогрева, а слева график изменения температуры (схематичный). Как видим температура первого слоя 20°С – слой уже полностью остыл. Температуру верхнего слоя для простоты примем равной температуре сопла – 210°С. Горизонтальными стрелками в каждом слое показано направление усадки материала при остывании. Нижний слой самый холодный, поэтому он уже «сел» больше всех. Верхний слой самый горячий и, следовательно, самый широкий.

Получается следующий процесс. Каждый слой после укладки остывает и усаживается в направлении стрелок. Но так как слои спекаются между собой, то, усаживаясь, каждый новый слой немного тянет за собой предыдущий (как тетива лука натягивает его плечи). А так как натяжение от усадки происходит только с одной стороны, то слои изгибаются в дугу.

Тут можно предположить, что очевидной причиной загибания детали кажется большая величина КТР. Но я так не считаю. Да, большой КТР вносит существенный вклад в деформации при печати, но есть одно но… Давайте еще раз посмотрим на таблицу с величинами КТР и сравним ABS и PLA. Для этих двух пластиков нужны кардинально разные условия печати. PLA-пластиком можно печатать вообще без подогрева стола. Как видно из таблицы для ABS КТР больше, но он больше не в разы. На мой взгляд, такой разницы в величине теплового расширения не хватит, чтобы объяснить столь разное поведение при печати. Чтобы это было так, КТР должен различаться у этих материалов в несколько раз.

Чтобы попробовать объяснить это, я добавлю в таблицу еще один столбец, в котором будут указаны температуры стеклования:

Температура стеклования – это температура, выше которой полимеры находятся в пластичном состоянии. Это значит, что при любых силовых воздействиях на материал он деформируется пластически. Если говорить проще, то при температуре выше температуры стеклования материал ведет себя как пластилин.

Как температура стеклования влияет на внутренние напряжения? А очень просто, пока материал не остыл до температуры стеклования, внутренние напряжения не появляются. В процессе остывания уложенный материал из-за усадки деформируется пластически до температуры стеклования. Пройдя эту температуру дальше материал уже может деформироваться только упруго.

Получается, что основной вклад в появление внутренних напряжений вносит диапазон температур от комнатной до температуры стеклования. И тут мы видим существенную разницу между ABS и PLA. Для PLA этот диапазон составляет 38 градусов, а для ABS – 85 градусов. ABS-пластик начинает накапливать внутренние напряжения остыв до температуры 105°С, а PLA пластик начинает накапливать напряжения только с температуры 58°С.

Такая существенная разница в температуре стеклования и повышенный для ABS-пластика коэффициент температурного расширения делают этот материал значительно более капризным в печати в сравнении с PLA.

В таблице также приведены величины для PETG-пластика. Видим, что температура стеклования у него выше, чем у PLA, но КТР ниже. Увеличенная температура стеклования частично компенсируется уменьшенным КТР, поэтому этот пластик капризнее, чем PLA, но не на столько как ABS. По крайней мере, без подогрева стола им печатать сложнее.

В заключительной части немного расскажу о стекле. О том, что используют на столах и о том, которым армируют филамент. Из таблицы выше видно, что КТР для армированного стекловолокном ABS значительно ниже обычного ABS. Существенную роль здесь играет именно стекловолокно. Его КТР лежит в диапазоне 0,1 – 1,2. То есть в сравнении с пластиком, стекловолокно практически не расширяется при нагреве.

При остывании пластика жесткие стеклянные волокна принимают на себя существенную долю внутренних напряжений и не дают пластику сильно сжиматься.

А если говорить о стекле, которое лежит на столе 3D-принтера, то многим знаком эффект, когда деталь отщёлкивается от стекла при остывании. Из-за такой большой разницы в КТР между стеклом и пластиками на границе их раздела появляются существенные внутренние напряжения, которые стремятся «срезать» деталь со стола.

Спасибо. На этом пока все.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

22
Комментарии к статье

Комментарии

15.05.2021 в 22:35
0

Причины ясны а методы борьбы ?

15.05.2021 в 23:12
4

так термокамера.....

15.05.2021 в 23:20
0

В клей "момент" печатать, потом правда другая серьезная проблема - как деталь от стола отклеить.
Обычно использую для деталей из ABS с небольшой площадью контакта со столом.

16.05.2021 в 01:06
1

Гггггг.

Пару лет тому знакомые спросили какой адгезив использую. Тогда использовал клей БФ-2. Ну я так и сказал "клей БФ-2".

Через пару дней они же спрашивают как я отдираю детали со стола, потому что они не могут нормально снимать, приходится ножом ковырять а детальки ломаются. Я сначала не понял вопрос. После остывания ПЛА хорошо снимается со стола... Но на всякий случай попросил фото банки клея. Что бы уточниться какой БФ-2 так крепко держит пластик.

Прислали. Клей "88".

Долго смеялся.

16.05.2021 в 02:23
0

88 при нагреве в сопли превращается.....я так в студенчестве на 88 потолок в ваз2109 перетянул...и следующим летом узнал про цианокрилат в нормальных упаковках.

А кстати тот же бф в школьные годы хорошо полимеризовался при 80 градусах в почти эпоксидку, платы и трансформаторы заливать было самое то. А вот нынешние бф(и 2, и 4, и 9) при 80 уже кипят и превращаются в глазированную сахарную вату.

16.05.2021 в 12:11
0

Не грел "88". Но, как оказалось, на 50-55 нормально держит ) И при 20 тоже )

Про БФ и как он пенится не скажу. Слой то был очень тонкий и разведенный  спиртом наносил на стекло.

16.05.2021 в 01:11
0

Купил the 3d , проблем нет. Честно, сам не ожидал такого результата. Знал бы сразу купил , без экспериментов с другими агдезивами . До него пробовал многое.

07.06.2021 в 11:54
0

Как и написал Sansar - термокамера. А если точнее, то в среднем идеальной считается ситуация когда камера греет до температуры градусов на 10 ниже температуры стеклования, а стол выше градусов на 5. Ну то есть на наших принтерах мы можем печатать монолитные детали из АБС любого размера. При этом температура в камере 80-90 а на столе 110. Для Полиамида 6 стол греем до 180, а камеру до 120 и это вполне достаточно. Ну а ПЛА в целом действительно особо проблем не имеет, наоборот его охлаждать больше нужно.

16.05.2021 в 19:39
0

У меня низ загибался на PLA при нагреве стола до 60 градусов, поставил 45 и проблема ушла.

18.05.2021 в 14:40
0

PLA печатаю без нагрева стола. У меня его загибает только если к столу плохо приклеился.

17.05.2021 в 05:38
0

У меня проблема такого рода. Филомент самодельный из бутылок. Когда начинаю обводить сложный первый слой 0.2мм, сперва вроде нормально но потом то ли сопло цепляет уже уложенный и поднимает вверх.

Так как пруток очень тонкий, нить и имеет очень плохое сцепление со столом.

А далее проблемы. Когда укладка слоя идет заполнением контуров рисунка, то всё отлично. А вот именно одиночная обводка проблемы создает.

18.05.2021 в 14:45
0

Думаю, Вам лучше обратиться в раздел "Вопросы и ответы". Там ответят более опытные люди. Причин такому может быть очень много.

17.05.2021 в 13:05
2

Интересный анализ! Хотя есть вопрос. Меня в пластике АБС задолбала усадка. Печатал детали для CNC станка, посадочные диаметры усаживаются на ура. Пришел к выводу опытным путем УВЕЛИЧИВАТЬ ДИАМЕТР НА 3%. Однако тут есть зависимость от самого диаметра. Может есть вариант как считать и интересна связь с КТЕ.

Термокамера + БФ2 со спиртом рулит отлично! Без них -прощай АБС. Я разогреваю камеру на больших детальках (более 50мм) до 60 гр. В редких случаях подогнет угол на 0.1-0.2 мм. Именно угол. Скругления углов сильно помогает. 

17.05.2021 в 19:28
2

Я посадочные выводил просто - сделал деталь тестовую с отверстиями разных диаметров и печатал одним профилем рабочим. Потом сделал табличку по размерам детали и реальным замерам. АБС на разных диаметрах как оказалось дает примерно одну усадку, в итоге просто ее к отверстиями прибавляю во время проектирования (обычно это 0,4 - 0,5) выводить что-то меньше десяток на 3д принтере ИМХО пустая трата времени, это не фрезер и не токарник. 

17.05.2021 в 21:25
0

Я понял, спасибо.

18.05.2021 в 13:54
1

Про влияние Т стеклования на усадку полезно.

18.05.2021 в 20:43
1

Рекомендую клей карандаш PVP Silwerhof. Продается в магазинах Детский Мир, стоит копейки, держит все виды пластиков. Температура стола: ABS, нейлон - 80С; PETG, SBS - 60C; PLA - 45C. Для PLA просто натираю влажную салфетку, а ей - стол. Печатал крупные детали почти в размер стола, ни одна не загнулась и не оторвалась до остывания стола. Для отрывания детали использую остро заточенный шпатель или инструмент, как на фото. Для того, чтобы деталь легко отрывалась нужно не отковыривать ее от стола, а легкими постукиваниями вбивать инструмент между столом и деталью. Имею три принтера со столом из стекла толщиной 2 мм, ни разу не повредил стекло. Пробовал хваленную Каляку Маляку - полная хрень, даже PLA не держит.

18.05.2021 в 20:59
0

Забыл добавить: для образования термокамеры накрываю принтеры полиэтиленовой пленкой.

18.05.2021 в 21:30
0

Добавьте ещё и красители, как один из элементов. По опыту сужу.

19.05.2021 в 14:20
0

Печатал разными цветами, разницы нет.

19.05.2021 в 17:03
0

А у меня есть.😁

Причем деламинация на "теплых" цветах ниже чем на "холодных".

Правда у меня открытая платформа.

19.05.2021 в 19:05
0

Я посмотрел характеристики вашего принтера и увидел, что стол без подогрева. Так что будете мучаться пока не установите подогрев стола, а клей Silwerhof рекомендую.

19.05.2021 в 20:46
0

Ну, на счёт подогрева решено более четырех лет назад.😁

Понятие "технологический процесс" ещё ни кем не отменялся. А уж коль речь идёт о понятии поддержание стабильной температуры.

На самом деле опубликованный материал правильный и грамотный. Для "чистого материала" отлично расписан. Но вот как бывает. Если в оригинальную рецептуру вносить дополнения, то появляются нюансы вносящие определенные коррективы.

И красители одни из них. В первом приближении - разные температуры остывания. В теле полимера располагаются элементы дистабилизирующие равномерность протекающего процесса. А если говорить о внедрении в полимер мелкодисперсных металлов...

Адгезия первого слоя к платформе это только начало печати. Если же говорить о последующих слоях наплавления, то картина становится интересной при создании тех же нависающих элементов, отверстий. Там деламинация становится наиболее заметной, особенно при печати больших периметров. И в этом случае, как я говорил ранее, проявляется особенность красителей.

Да, одни производители считают это несущественным из-за "ничтожности" соотношений базы и красителей. Другие признают наличие подобных влияний на печать и достаточно грамотно это обосновывают.

Так что влияние красителей как частный случай имеет место быть.

Ну и как просто в продолжении влияния дополнений в основную рецептуру.

Производитель полимера выпускал АВС имевший достаточно интересные характеристики. Что бы было понятно. Температура стола 100 градусов, температура окружающего воздуха 19, открытая платформа. Площадь печати более-менее большая.

И тут материал из ассортимента исчез. Что так? Поставщик гранул внёс дополнительную химию повышающую сопротивляемость материала УФ. И всё пруток "скис", пошли рекламации.

И да, я адепт печати на чистом стекле.😁

19.05.2021 в 18:02
0

Открытая платформа - это что? Стол без подогрева или не закрытая термокамера?

Сделайте подогреваемый стол и просто закройте ваш принтер пленкой, а, ГЛАВНОЕ!, попробуйте клей-карандаш, о котором я написал, и будет вам счастье.

19.05.2021 в 21:34
0

Уважаемый, Hamsterius, не понимаю о чем спор. Купите клей- карандаш, о котором я пишу и попробуйте его в деле. Понравиться или нет - ваше дело. Я предложил,- а вам решать.

20.05.2021 в 03:02
0

ABS печатаю на рафте из petg все отлично держит.

20.05.2021 в 12:34
0

А почему бы вам не напечатать стол из PETG?

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Get over here!

Проблема ретракта в 3D печати. Почему ретракт работает не всегда?

Самосвал и экскаватор

Обновления для лазерного гравера под поворотную ось

Значок "Космические рейнджеры"

Записки страйкболиста. Как я товарищу рацию чинил.