Kolejny nieudany wydruk? Ciemna plama na idealnym modelu? Czas najwyższy zajrzeć w głąb swojej dyszy i doprowadzić ją do wzorowego stanu.
Tym, co oddziela roztopiony (uplatyczniony) filament od świata zewnętrznego, jest dysza. To ona właśnie, jako ostatni element na drodze ekstruzji, nadaje ostateczny kształt i decyduje o równomierności przepływu filamentu. Jest zatem jednym z najważniejszych czynników składowych mających wpływ na jakość wydruku. A na czym bardziej może zależeć wszystkim drukarzom, niż na zachwycającym wyglądzie zewnętrznym i spójności połączeń warstw? Dziwi zatem fakt, że nie tylko niedoświadczeni, ale również i doświadczeni użytkownicy druku 3D metodą FDM/FFF zaniedbują czystość dysz w maszynach, które wykorzystują.
Jak zatem odmienić sytuację dyszy i co może pomóc w utrzymaniu jej kondycji w dobrym stanie na wiele godzin druku?
Na dobry początek proponowany jest poniższy poradnik, który na celu ma uświadomienie o znaczeniu dyszy i jej stanu wszystkich tych użytkowników drukarek 3D pracujących w technologii FDM/FFF, którzy zapominają o tej jakże małej, choć wielce znaczącej części zespołu ekstrudera. Artykuł ten nie jest jednak ostatecznym wyznacznikiem postępowania, ani też jedynym słusznym wzorcem do naśladowania – ma natomiast zachęcić do zwiększenia poziomu świadomości dotyczącego wpływu stanu dyszy na drukowane obiekty oraz zaznajomić z technikami czyszczenia, konserwacji oraz sposobom zapobiegania przed trwałymi uszkodzeniami i zabrudzeniami dysz. Drogi czytelniku, jeśli jesteś gotowy na zmiany w swoim drukarskim życiu – operację „perfekcyjny drukarz domu” czas zacząć!
DLACZEGO JA? Zabrudzenia i zatykanie się dysz
Dysza sama z siebie nie ma najmniejszego zamiaru się zanieczyszczać – za wszelki brud wewnętrzny i zewnętrzny odpowiedzialny jest użytkownik. W jaki sposób? Głównie poprzez ustawienia druku, jakość i stan aplikowanych filamentów, nieumiejętnie przeprowadzany proces ich ładowania i wyładowania, czy też pozostawianie zastygniętego tworzywa na dyszy przed kolejnym wydrukiem (szczególnie w przypadku kolejnego druku materiałem o wyższej temperaturze przetwórstwa). W tym miejscu dodać można by jeszcze wiele innych czynników pogarszających czystość dyszy, poniżej wymieniono te najbardziej powszechne:
- Nieprawidłowa wysokość dyszy – pomijając wpływ na jakość wydruku, jest to jeden z kluczowych parametrów zachowania czystości dyszy. Dysza znajdująca się za daleko od platformy roboczej w najgorszym przypadku może po dłuższym czasie być oblepiona tworzywem, które jednak nie powinno mieć większych problemów ze spłynięciem z powierzchni dyszy. Znacznie gorszą sytuacją jest ustawienie dyszy zbyt blisko stołu. W takim przypadku wytłoczona zostaje zbyt mała ilość filamentu, co spowoduje efekt „wytłaczania wstecznego” – to znaczy roztopiony filament będzie próbował znaleźć innej drogi ujścia, a jedyną jego opcją w tym momencie jest powrót do wnętrza dyszy i przeciskanie się do góry, w stronę chłodniejszej części tworzywa. Zjawisko to w stosunkowo krótkim czasie prowadzi do częściowego, a częściej nawet całkowitego zatkania dyszy.
- Źle dobrana temperatura – zbyt niska temperatura ekstrudera spowoduje, że filament nie ulega całkowitemu stopieniu (rozpatrując przekrój poprzeczny), przez co część z danego fragmentu tworzywa będzie przyczepiać się wewnętrznej powierzchni dyszy. Stąd już prosta droga do stopniowego wzrostu ciśnienia, a ostatecznie niemożności do przetłoczenia dalszej ilości filamentu przez układ dostarczający materiał. Drukowanie z użyciem temperatury przewyższającej górny zakres zalecany przez producenta może doprowadzić do występowania „pełzania” (ang. heat creep), czyli w tym przypadku (skrótowo rzecz ujmując) odkształcania filamentu wskutek nierównomiernego rozprowadzenia ciepła w hot-endzie. Wskutego takiego zjawiska tworzywo nie roztapia się prawidłowo i jest uplastycznione jedynie w lokalnych obszarach. Filament może zatem mięknąć na długo przed dotarciem do właściwej strefy grzania, co będzie objawiało się w stopniowym zwiększaniu ciśnienia potrzebnego do przepchnięcia tworzywa przez dyszę. Efekt końcowy – zatkanie dyszy oraz strefy prowadnicy (np. rurki teflonowej) w okolicach bloku grzejnego.
- Stosowanie niskiej jakości filamentów – jednym z powodów zatkania dyszy może być niewłaściwy, a zatem zbyt duży wymiar przekroju poprzecznego włókna – dzieje się tak, gdy poprzez procesy produkcyjne filamentu nie jest zapewniona rygorystyczna kontrola tolerancji wymiarowej oraz owalności. Jeszcze częściej jednak powodem są nieczystości znajdujące się wewnątrz filamentu, które miejscowo zwiększają średnicę filamentu, a ponadto mogą nie ulegać roztopieniu w temperaturze zadanej ekstruderowi. To spowoduje ich gromadzenie wewnątrz układu grzewczego, co również ostatecznie doprowadzi do zatkania dyszy.
- Kurz i brud – o ile nie będziemy funkcjonować w próżni, niemożliwym jest ich uniknięcie. Wraz z postępami w czasie coraz większa ich ilość może się osadzić i przyczepić do powierzchni filamentu, a następnie wraz z nim dostać się do strefy grzewczej. Tam następuje rozpad do różnych związków, ale przede wszystkim węgla, który to osadzać będzie się wewnątrz dyszy. Ze wszystkich wymienionych czynników ten jest najmniej agresywnym, ale jeśli można go uniknąć, to czemu by tego nie zrobić?
- Korzystanie z filamentów świecących w ciemności, z włóknami szklanymi i węglowymi – niedostosowanie rozmiaru dyszy (zazwyczaj zalecany rozmiar w przypadku ww. filamentów >0.5 mm) spowoduje nagromadzenie się wypełniacza tworzywa (włókien i innych), które spowodować mogą przytkanie dyszy jeszcze w czasie produkcji tego samego obiektu (w zależności od jego rozmiaru). W przypadku standardowych, mosiężnych dysz wspomniane filamenty powodować będą postępujące uszkodzenia i deformację wewnętrznej powierzchni dyszy, pogarszając jej sprawność i sprzyjając powstawaniom kolejnych zatorów i błędów w wydruku.
ETAP I – ZAPOBIEGANIE
Postawmy sprawę jasno – drukarkę 3D należy umieścić w środowisku czystym – to znaczy, aby nie stawiać jej jako sąsiadki narzędzi i maszyn, którymi się piłuje, szlifuje, tnie itp. Wszystko to kumuluje się bowiem w powietrzu i po pewnym czasie, w zależności od stężenia, będzie się osadzać i na komponentach drukarki, i na układzie ekstrudera, jak i na samym filamencie (jeśli nie jest szczelnie przykryty). Oczywiście spełnienie tego warunku nie jest taki istotne, jeśli posiadana drukarka 3D ma szczelnie zamkniętą konstrukcję i wnętrze robocze. Na portalu thingiverse znaleźć można od groma ciekawych pomysłów na ochronę lub oczyszczenie filamentu. Jednym z najprostszych, a zarazem bardzo skutecznych na usuwanie kurzu i pyłu z powierzchni włókna jest pomysł i model zaprezentowany przez CreativeTools.
Następną czynnością w kierunku zadbanie stanu dyszy, jak wynika z powyższych podpunktów, jest dobór prawidłowych parametrów przetwórstwa względem używanego filamentu. Tuż przed wydrukiem musi nastąpić prawidłowa kalibracja odległości między dyszą a platformą roboczą. Jeśli korzysta się ze stolika grzanego, najlepiej kalibrację przeprowadzić na stole podgrzanym (na ogół bezpieczny zakres temperatury, przy której nie powinno użytkownikowi stać się nic złego w przypadku bardzo krótkiego kontaktu skóry z nagrzaną platformą, kończy się na okolicach 60°C – dane na podstawie własnych doświadczeń, bez włażenia komuś za skórę ?).
Co się tyczy prawidłowych temperatur przetwórstwa – w większości przypadków nie możemy w pełni zaufać pokazywanej na wyświetlaczu wartości temperatury dyszy. Często wskaźnik ten potrafi cechować się odchyłkiem o kilka procent. Należy mieć to na uwadze, gdyż czasem nawet kilka stopni Celsjusza potrafi istotnie wpłynąć na jakość drukowanych ścieżek. Jeśli zwiększamy prędkość wydruku, należy zadbać również o stosowne podwyższenie temperatury dyszy.
Kiedy sprawa sprowadza się do kosztów, te użytkownicy zawsze chcą zredukować. Nic zresztą dziwnego, ale warto przemyśleć sprawę, czy na pewno zaoszczędzi się w przypadku korzystania z bardzo tanich filamentów. Będą one sprawiały częściej problemy w postaci zatykania dyszy, złych jakościowo wydruków i wielu innych niechcianych przypadkach. Warto przy zakupie dołożyć kilka lub kilkanaście złotych – tak naprawdę najczęściej zaoszczędza to czas, pieniądze oraz… planetę. Przy lepszym jakościowo filamencie powinniśmy uniknąć niepowodzeń i w ten sposób zredukować ilość odpadów po nieudolnie wydrukowanych modelach. Doskonale sytuacje zobrazowano w tym artykule.
Przy stosowaniu filamentów z napełniaczami koniecznym jest zapoznanie się z informacją dostarczoną od producenta dotyczącą zalecanego rozmiaru dyszy oraz jej rodzaju. Zazwyczaj zalecanym rozmiarem otworu dyszy jest nie mniej niż 0.5 mm. Do korzystania z filamentów z napełniaczem w postaci włókna szklanego, węglowego lub tych z efektem świecenia w ciemności zaleca się wymianę dyszy na wersję bardziej odporną na ścieranie. Przykładem takiej dyszy jest chociażby wytworzona ze stali hartowanej. Innym ciekawym przypadkiem jest dysza, której końcówka zakończona jest kryształem, np. rubinu. O czym warto dodatkowo pamiętać – w przypadku tego rodzaju dyszy przewodność cieplna materiału jest mniejsza, stąd parametry wydruku powinny uwzględniać mniejszą prędkość druku oraz wyższą temperaturę dyszy.
Czasochłonnym, ale bardzo skutecznym sposobem na utrzymanie dobrej kondycji dyszy jest ich używanie względem wybranego materiału. Jeśli zatem drukarz korzysta głównie, przykładowo, z PLA i PET-G, powinien zaopatrzyć się w osobne zestawy dysz dla obu tych materiałów i wymieniać je za każdym razem, gdy zmieniany jest rodzaj filamentu. W ten sposób uniknąć można różnego rodzaju degradacji i niszczenia tworzywa oraz tworzenia jego złogów wskutek stosowania znacząco odmiennych zakresów temperatur przetwórstwa.
ETAP II – SPOSOBY NA CZYSZCZENIE DYSZY
Przed przystąpieniem do któregokolwiek z uwzględnionych poniżej pomysłów warto sprawdzić, czy producent danej drukarki 3D nie opisał metody czyszczenia układu wytłaczającego w instrukcji obsługi urządzenia.
1) Jedną z najczęściej opisywanych metod jest tzw. „cold pull”, co w wolnym tłumaczeniu może oznaczać wyciąganie materiału na zimno. Stanowi skuteczną metodę czyszczenia dyszy w przypadku zapchania dyszy filamentem z napełniaczem włóknistym, czy też w przypadku zmiany filamentu z wyższą temperaturą przetwórstwa na ten z niższą. Generalnie sposób ten sprowadza się do załadowania danego filamentu, jego ochłodzenia, a następnie gwałtownego wyciągnięcia przy użyciu siły. Do czyszczenia świetnie nadają się filamenty nylonowe lub po prostu poliamidowe (nylony należą do grupy poliamidów, ale nie należy używać tych dwóch nazw wymiennie). Świetnie pokazany sposób przeprowadzenia tego zabiegu przedstawiono chociażby tutaj, tutaj, jak i tutaj. Przybliżony zakres temperatur, jakimi można się sugerować do przeprowadzenia „cold pulla”, to 80÷100°C (PLA), 120÷140°C (PET-G), 140÷160°C (PA) oraz 160÷180°C (ABS). Metoda, choć skuteczna, naraża drukarkę, a w szczególności komponenty bezpośrednio związane z wytłaczaniem, na gwałtowne obciążenia. Zbyt mocne szarpnięcia mogą spowodować ich uszkodzenie, poluzowanie, przemieszczenie etc. Dlatego też należy bardzo dobrze zapoznać się z prawidłowym przebiegiem metody przed użyciem jej po raz pierwszy.
2) Kolejnym bardzo tanim, ale wymagającym ostrożności sposobem jest przepychanie materiału przy użyciu bardzo cienkich igieł. Uwzględnić należy jedynie dwie sprawy – odpowiedni rozmiar igły względem rozmiaru ustnika dyszy oraz jej podgrzanie przed przystąpieniem do czyszczenia. Ta „oddolna” metoda polega głównie na stopniowym przepychaniu dyszy igłą. W tym przypadku pośpiech nie jest wskazany, przydatne natomiast będą opanowane dłonie i dobre wyczucie nacisku. Igła z racji niewielkiego przekroju ma tendencję do pękania i wyginania od nawet niewielkich naprężeń. Zabieg należy jednak do bardzo prostych i warto go stosować szczególnie przed zmianą filamentu o wyższej temperaturze przetwórstwa na filament o niższym zakresie temperaturowym.
3) Niezupełnie zatkaną dyszę w nieszkodliwy sposób można również przetkać od góry przy użyciu bardzo długiego i cienkiego elementu metalowego, a wszystko to odbywa się przy nagrzanej do temperatury przetwarzania filamentu dyszy. W tej metodzie należy uważać na to, aby metalowy „czyścik” nie zadrapał wnętrza dyszy ani radełka z łożyskiem w przypadku ekstruderów typu direct.
4) Bardziej agresywną, ale wysoce skuteczną drogą do oczyszczenia dyszy jest połączenie acetonu i wypalarki. Oczywiście nie w tym samym momencie! ? W pierwszym kroku odkręcona uprzednio dysza umieszczona jest w mocnym rozpuszczalniku (dostosowanym do filamentu, którego resztek chcemy się pozbyć) na przynajmniej kilkanaście minut (choć zaleca się nawet dobę) w zamkniętym pojemniku. Często wystarcza użycie acetonu. Następnie dyszę należy wyciągnąć i dokładnie wysuszyć. Na koniec pozostaje wypalanie dyszy wypalarką w celu rozpuszczenia i wypłynięcia resztek tworzywa. Bardziej budżetowa wersja czyszczenia dostępna tutaj.
5) Użycie specjalnego filamentu czyszczącego, który najczęściej pochodzi z grupy poliamidów, który dodatkowo zawiera czynniki rozpuszczające resztki po większości tworzyw. Wadą metody jest z pewnością kosztowność filamentu, ale sposób ten docenią szczególnie Ci drukarze, którzy w procesach produkcyjnych uwzględniają wiele różnorodnych materiałów oraz ich wariantów kolorystycznych.
6) Do wyczyszczenia dyszy z zewnątrz bardzo dobrze nadają się szczotki z włosiem nylonowym lub mosiężnym. Dostępne są praktycznie w każdym większym markecie budowlanym. Warto je stosować ze względu na bardzo niski koszt i prostotę użycia, aby uniknąć frustracji wynikającej z przypadków udanego wydruku z widocznym zanieczyszczeniem.
DYSZA DUSZĄ DRUKARKI
Dysza stanowi ostatni i niezwykle ważny element na drodze przetwarzanego filamentu. Na szczęście zadbanie o jej dobrą kondycję nie należy do najtrudniejszych zadań z zakresu serwisowania drukarki 3D. Wiele z przywołanych w artykule metod wymaga jedynie niewielkiego nakładu pracy i kosztu w postaci pieniądza oraz czasu. Utrzymanie dyszy w dobrym stanie pozwoli na otrzymanie wielu udanych jakościowo oraz wizualnie udanych wydruków. Im częściej przetwarzane są różnego rodzaju filamenty, które dodatkowo mogą różnić się kolorystycznie, tym częściej należy czyścić dyszę. Nikt nie chce przecież borykać się z takimi problemami.
Proces czyszczenia dysz można opisać krótko: Wysiłek – niewielki Koszty – znikome Radość z doskonałego i czystego wydruku – bezcenne.
Autor Zdjęcia: Jason Canning. Zdjęcie pochodzi z albumu autora na flickr.com