FDM 3D プリンティングにおける熱クリープを排除するための 10 の実績のある技術

溶融堆積モデリング (FDM) 3D プリンティングにおけるヒート クリープとは、押出機の高温端から押出機アセンブリの冷却ゾーンへの望ましくない上向きの熱伝達を指します。これが起こると、フィラメントが予定の溶融ゾーンよりも上で時期尚早に軟化したり、部分的に溶融したりする可能性があります。この軟化によりフィラメントが膨張し、押出機内で部分的または完全に詰まりが生じる可能性があります。熱クリープは押出機の詰まりを引き起こすだけでなく、不均一な押出、印刷品質の低下、材料の無駄を引き起こす可能性があります。これは、特に熱に弱いフィラメントを使用して印刷する場合、または不十分な冷却を使用する場合によくある問題です。

この記事では、熱クリープを防ぐための 10 の効果的な方法を概説し、その原因、症状、FDM 3D プリンティングにおける部品品質への影響について詳しく説明します。

1.冷却ファンをテストする

押出機の冷却ファンが定格能力で動作していることを確認します。ファンが故障するか性能が低下すると、過剰な熱がヒートシンクから効果的に放散されなくなり、押出機への熱の移動が発生します。まず、マルチメーターを使用してファンに供給される電圧を確認します。ファンの定格電圧 (通常は 12V または 24V) と一致する必要があります。電圧が不十分だとファンの回転数が低下し、冷却効率が低下し、熱クリープが加速します。ファンの回転が遅すぎる、または断続的である場合は、電源、配線、またはファン自体を交換するか、トラブルシューティングを行ってください。

2.ファンの速度を変更する

ファン速度を上げると、ヒートシンクやその他の重要なコンポーネント上の空気の流れが増加し、対流熱伝達が向上します。空気速度が高くなると乱流が増大し、熱放散率が増加します。ファン速度は通常、スライサー ソフトウェア設定またはファームウェア構成によって制御できます。ファン速度の最適化は、ハードウェアの変更を必要とせずに熱クリープに対処する最も簡単な方法の 1 つです。

3.より高品質のホットエンドを採用

すべてのホットエンドが平等に作られているわけではありません。安価なホットエンドは、熱が押出機に忍び寄るのを防ぐために適切に設計されていない可能性があります。これは、ヒートシンク、改良された冷却設計、および必要な場所に熱を閉じ込めるための熱吸収率の低い素材を使用することで実現できます。高品質のホットエンドは熱クリープを低減するだけでなく、より正確に印刷します。これは、熱クリープを回避する最良の方法の 1 つです。

4.より高品質のフィラメントを使用する

低品質のフィラメントは一貫性のない温度プロファイルを示す可能性があるため、あるバッチの熱特性が次のバッチとは異なる場合があります。これは、あるバッチでは熱クリープが存在しなくても、次のバッチでは問題になる可能性があることを意味します。低品質のフィラメントは、直径が一貫していない場合もあります。プラスチックは詰まりを引き起こすほど膨張する必要がないため、熱クリープは大径フィラメントに影響しやすくなります。

5.印刷速度を上げる

印刷速度は、熱が押出機に伝わり、ノズルを通過する前にプラスチックが溶けるのを防ぐのに十分な速さでなければなりません。フィラメントが加熱されたエクストルーダーに到達する前に、フィラメントが高温で十分な時間を費やして軟化するのをやめれば、フィラメントが膨張して詰まりを引き起こすことはありません。

6.印刷温度を下げる

押出機内で熱が急速に蓄積するのを防ぐために、印刷温度を下げることができます。ただし、ほとんどのフィラメントは狭い温度範囲内で動作します。適切に押し出すために十分に溶ける必要がありますが、前の層に付着するのに十分な粘度を維持する必要があります。温度が低く、粘度が低いと、ノズルの詰まりが発生する可能性があります。さらに、ファンと印刷速度を上げながら温度を下げると、フィラメントが十分に加熱されない可能性があります。

7.後退速度を上げる

後退が遅すぎると、押出機内の加熱されたプラスチックが膨張して詰まりを引き起こす可能性があります。この現象は、エクストルーダーの上端がこの膨潤を引き起こすほど十分に加熱されてから、プリントを開始して数時間後に発生する可能性が最も高くなります。

8.後退距離を短くする

収縮により、押し出しが行われていないときのホットエンドの移動中に 2 つの高いフィーチャの間にプラスチックの糸が形成されるのを防ぎます。フィラメントはホットエンドに引き戻され、プラスチックの浸出を防ぎます。ただし、縮みすぎると、軟化したプラスチックが押出機のドライブに接触する可能性があります。メッシュ ホイールはソフト フィラメントと噛み合うことができないため、押し出しが停止します。さらに、溶けたプラスチックがホットエンドの低摩擦 PTFE インサートで保護されていない領域に付着する可能性があります。

9.冷却シュラウドを使用する

冷却シュラウドは、周囲の空気をファンからヒートシンクに向かってより効果的に導くのに役立ちます。これにより、ヒートシンクからの熱伝達が向上し、エクストルーダーに熱が忍び寄るのを防ぎます。

10.下駄がないか確認してください

時間が経つと、プラスチックや破片が押出機のヒートブレイクに蓄積する可能性があります。これは熱伝達率に影響を及ぼし、熱が押出機に忍び寄る原因となる可能性があります。そのため、詰まりや異物の蓄積がないか定期的に確認することが重要です。

3D プリントで熱クリープを回避する必要があるのはなぜですか?

3D プリント中の熱クリープは、プラスチックの流れを妨げる押出機内の詰まりによりプリントの品質が低下したり、完全な故障につながる可能性があります。熱クリープによって引き起こされる詰まりは、加熱された部分がチューブの設計寸法を超えて膨張するため、他の詰まりを除去するのが困難です。さらに、ホットエンド内部のプラスチックが膨張しているため、熱クリープによって引き起こされる詰まりを除去することはさらに困難です。詰まりを取り除くには、エクストルーダーを完全に分解する必要がある場合があります。

熱クリープの防止にフィラメントの品質が重要なのはなぜですか?

低品質のフィラメントは溶融範囲が一貫していない可能性があり、熱クリープを防ぐための最適な設定を維持することが困難になります。ヒートクリープを防ぐ方法の 1 つは、温度をできるだけ下げることですが、融点が一定でない場合、詰まりが発生する可能性があります。さらに、低品質のフィラメント スプールには直径の不一致があり、それが詰まりを引き起こす可能性もあります。フィラメントが最初から大きすぎると、熱クリープ条件下での膨張が小さくなり、詰まりが発生します。 
詳細については、3D プリンティング フィラメントに関するガイドを参照してください。

3D プリントにおける熱クリープとは何ですか?

3D プリンティングにおける熱クリープとは、押出機の高温端からの熱が押出機アセンブリ内を忍び寄り、ノズルから離れすぎたフィラメントを加熱して軟化させる可能性があるプロセスを指します。この加熱によりプラスチックが膨張し、押出機内で詰まりが生じる可能性があります。

 詳細については、「ヒート クリープ」を参照してください。