3Dプリンターのヒートクリープ防止と修正ガイド

一部の3Dプリンターの問題は目の前で起こるため検出が容易ですが、一部の問題は検知されないまま蓄積し、多大な損傷を引き起こしてから発覚します。

このような問題は、ノズルの詰まりなど、あなたが気づく前に3Dプリンターに重大な損傷を与える可能性があります。

好例が3Dプリンターにおけるヒートクリープです。

3Dプリンターには、ヒーターブロックに取り付けられたヒーターカートリッジがあります。ヒーターカートリッジが加熱されると、熱が拡散する前にヒーターブロックも加熱されます。

熱はサーマルバリアチューブを通り、フィラメントを溶かします。フィラメントはチューブを通過する際に膨張し、ヒーターブロックで溶融します。

溶融フィラメントはノズル先端から押し出されます。エクストルーダーを冷却すると、サーマルバリアチューブ内の熱が上昇します。

熱がチューブ内にクリープ（這い上がる）すると、内部のフィラメントがほぼ即座に膨張します。ポリ乳酸（PLA）が壁に付着し、サーマルバリアを形成します。

このようなトラブルを防ぐためのヒントを知っておくことは役立ちます。この記事ではそれらをいくつか紹介します。

ヒートクリープとは？

ヒートクリープとは一体何でしょうか？3Dプリンターのホットエンド構成と、これらのパーツがどのように連携するかを知るまでは、聞き慣れない概念に聞こえるかもしれません。

まず、ホットエンドはノズルから押し出される前にフィラメントが溶ける場所です。エクストルーダーアセンブリの隣にあります。

ヒーティングブロックはノズルの上にあり、フィラメントを溶かす熱を生成する領域です。その隣に温度センサーがあります。フィラメント温度を検知し、ヒーティングブロックに供給する電力量を決定します。

次のパーツはヒートシンクです。ヒーティングブロックとエクストルーダーアセンブリの間にあり、これらを分離しています。その特性には電気伝導性と冷却ファンの統合があります。

ヒートクリープとは、ヒーティングブロックで生成された熱が上方に伝わり、意図しない範囲でフィラメントが過度に溶融する現象です。その結果、フィラメントが急速に膨張し、押し出しの問題を引き起こす可能性があります。

3Dプリントにおけるヒートクリープの原因

3Dプリンターのヒートクリープは、あなたの知らないうちにいつでも起こり得ます。この問題を解決するために知っておくべき最も重要なことの一つは、ヒートクリープの原因です。

これらの問題は、プリント品質を瞬く間に低下させるため、緊急に対処すべきです。

最も一般的な原因は以下の通りです：

• 温度が高すぎる

ヒートブロックの高温により、過剰な熱が3Dプリンター内の望ましくない部分に逃げ、ヒートクリープを引き起こします。

• ホットエンドの設計

異なるホットエンドには熱に耐える能力が異なります。金属製のホットエンドは、他の要因で過度の熱が蓄積している場合、ホットエンドアセンブリ内で熱が速く移動しやすくなります。

• フィラメントが長時間ホットエンドに留まる

フィラメントが長時間ホットエンドに留まると、溶融ゾーンに到達する前に溶けてしまいます。これにより3Dプリンターでヒートクリープが発生します。

• ホットエンド冷却ファンの故障

ホットエンドファンは、ホットエンドとヒートシンクアセンブリから余分な熱を冷却・排出する役割があります。

故障したファンは、ヒートブロックで生成された過剰な熱を十分に排出できません。熱はホットエンドを上方に移動させ、フィラメントが溶融ゾーンに到達する前に溶かしてしまいます。

3Dプリンターヒートクリープ問題に対処するためのヒント

3Dプリンターのヒートクリープ問題への対処は、目の前の問題を修正するだけでなく、将来これらの問題を回避・予防するためのコツを身につけることでもあります。

最初のステップは、問題とその原因を特定することです。問題がヒートクリープかどうか、それとも他の問題かを確認してください。

PTFEチューブとノズルが合致していることを確認してください。ノズルに問題があると疑う場合は交換してください。問題が解決しない場合、その問題はヒートクリープです。

ヒートクリープ対処のためのヒントは以下の通りです：

• 3Dプリンターの設定を一つずつ調整する。 設定を一つずつ確認することで、正確な問題とその発生源を特定しやすくなります。複数のハードウェアやスライサー設定を一度に設定しないでください。
• リトラクション設定を下げる。 リトラクション設定は、プリントヘッドが移動する際にノズルから押し出されるフィラメント量を決定します。リトラクション長が長すぎると、高温のフィラメントが溶融ゾーンを超えて移動し、アセンブリを通じて熱が伝わります。それが問題ならリトラクション設定を下げてください。
• PTFEチューブの端を頻繁にカットする。 この習慣により、テフロンチューブの端が焦げず、ノズルとPTFEチューブの完璧なフィットを保証します。これによりヒートクリープの発生を防止できます。
• ホットエンドアセンブリを清掃する。 ホットアセンブリを常に埃と汚れのない状態に保ってください。数回のプリントごとにホットエンドを清掃してください。ホットエンドアセンブリ内の粒子はヒートクリープだけでなく、他の問題も引き起こします。清掃時は、ホットエンドコンポーネントの内部と外部を、通常のプリント温度で濡れた布やアルコール布で拭いてください。ただし、ノズルを清掃する際はノズル針を使用して粒子を除去してください。
• フィラメントは高品質なものを使用する。 許容差が+/- 0.05mm以下の高品質フィラメントは一貫した直径を持ち、ホットエンドの詰まりを防ぎます。
• 高品質なPTFEチューブを使用する。 PTFEチューブはチューブ内のフィラメントを絶縁する役割があります。高品質なPTFEチューブはフィラメントを適切に保護します。PTFEチューブは優れた耐温性も必要です。
• プリント後は必ず3Dプリンターの電源を切る。 プリンターをオフにすると、プリント完了後にホットエンドアセンブリが冷却されます。ただし、プリンターをシャットダウンする前に、ホットエンドの加熱が停止していることを確認してください。
• ホットエンドファンを清掃する： ファン内の埃粒子は回転速度を低下させ、冷却効率を下げます。ファンをアルコール布で定期的に清掃してください。
• プリント完了時にフィラメントを取り外す。 ホットエンドからフィラメントを取り外さないと、溶融ゾーンより上で溶けてしまいます。プリント完了後は取り外すことを推奨します。

3Dプリンターのヒートクリープを修正する方法

プリント温度を下げる

ヒートベッドからの過剰な熱による高いプリント温度が、3Dプリンターのヒートクリープを引き起こします。温度を下げるには、フィラメント設定またはスライサーを変更してください。

フィラメントを溶かすのに十分な高温に留めてください。

ファン速度を上げる

ホットエンドに冷却ファンがある場合、その速度を上げる必要があります。ない場合はヒートシンク周辺に取り付けることを検討してください。

ファン速度は、フィラメントが溶融ゾーンでのみ溶けるよう冷却するのに十分なものでなければなりません。ファンを100%の速度で動作させてヒートクリープを排除し、その後、便利なレベルまで速度を下げてください。

検討すべきファンとしてNoctuaとCUIデバイスのファンがありますが、静音ファンを求めるならNoctuaが最適です。

ヒートブロックエンドを交換する

オールメタルホットエンドは、過剰な熱生成がある場合ヒートクリープの蓄積を助長します。金属は熱を伝導することもあります。

PTFEライニングされたホットエンドには取り外し可能なPTFEチューブがあり、フィラメントにより良い断熱を提供します。チューブはフィラメントが溶融ゾーンに到達するまで、フィラメントが溶ける温度を維持します。

3Dプリンターのプリント設定が正しければ、高品質なホットエンドでヒートクリープ問題が発生することはありません。

プリント速度を上げる

ノズルのフィラメントは高速で移動します。この点に関して、3Dプリンターを低速でプリントすると、押し出されたフィラメントと押出システム内のフィラメントの間で不整合が生じる可能性があります。このアンバランスがヒートクリープを引き起こすことがあります。

プリンターのプリント速度を上げて、一貫したフィラメントフローを確保してください。プリント速度が正しくキャリブレーションされているか確認してください。不正確なプリント速度は3Dプリンターに問題を引き起こす可能性があります。

スピードタワーはプリント速度のキャリブレーションに優れたソリューションです。同様のプリントで異なるプリント速度をキャリブレーションし、プリント品質への速度の影響を判断できます。

最後に

3Dプリンターのヒートクリープは、3Dプリントを行う際に遭遇する最も困難な問題の一つです。この問題は、より深刻で不可逆的な問題を引き起こすまで検出しにくいです。

ヒートクリープ問題は主に高いプリント温度に関連しています。この記事で紹介したヒントに従って、ヒートクリープの発生を防止してください。