Зачем и как правильно сушить пластик для 3D принтера

Как сушить пластик для 3d-принтера? Для несведущих людей вопрос может показаться странным, поскольку в быту никто не сталкивается с проблемой влажной пластмассовой проволоки, с которой надо что-то делать. Однако если влажные пластмассовые нити использовать для печати, готовые принты получаются низкого качества. В этой статье собран материал о том, как понять, что филамент отсырел, какие существуют способы для его сушки и как правильно хранить расходник, чтобы он не впитывал влагу.

Зачем сушить пластик для 3d-принтера

Большинство пластмассовых нитей для FDM-печати гигроскопичны, т.е. хорошо впитывают влагу из окружающей среды. Если они не упакованы герметично, то увлажняются, отчего нарушается их внутренняя структура и ухудшаются рабочие характеристики.

Это происходит за счёт усиления взаимодействия молекул воды и цепочек пластиковых полимеров. Молекулы воды заполняют микро пространство между полимерными цепочками и свободно перемещаются между ними. Это и является причиной ухудшения качества нити. Однако стоит поместить филамент в тёплое место, как молекулы воды начинают выпариваться, т.е. всплывают на поверхность прутка и испаряются.

Если рассматривать чистые материалы без примесей, то самой высокой гигроскопичностью обладают нейлон (3%) и пластик марки PLA (5%). А, например, у нитей HIPS, ASA впитываемость нулевая. Но наличие примесей может сильно менять картину.

Гигроскопичность зависит от:

• сырья;
• технологии изготовления;
• используемых красителей;
• наличия присадок.

Как понять, что филамент нуждается в сушке

Понять это можно только в процессе печати по характерным звукам, вспениванию пластмассы. Когда экструдер разогревается до 200°С, вода мгновенно превращается в пар и выходит в атмосферу, создавая микровзрывы, разрушающие внутреннюю структуру полимера. Процесс сопровождается треском, щелчками, шипением. Всё это признаки переувлажённой пластмассы. Если работать таким прутком, то принт будет с многочисленными изъянами:

• его поверхность покроется пузырями, зазорами, густой сетью «паутины»;
• стенки получат искажения, нарушится геометрия изделия;
• нить во время печати начнёт провисать;
• текстура станет неоднородной из-за неравномерности экструзии (из-за влаги отдельные участки прутка могут стать толще), нарушения спекаемости слоёв, что в свою очередь станет причиной повышенной хрупкости;
• поверхность вместо глянцевой станет матовой, тусклой.

Но если бухту предварительно просушить, то брака можно избежать. А чтобы убедиться в необходимости предварительной сушки, разогрейте экструдер и выпустите 100-150 мм прутка. Если влажность повышена, вы услышите характерное потрескивание. Но проще просушивать все виды расходников каждый раз перед началом работы без предварительных экспериментов.

Как вода попадает в пластик

В воздухе влага присутствует постоянно. При этом её значения постоянно меняются. В зимнее время в квартире работает отопление и воздух очень сухой: влажность может не превышать 25-30%. Для здоровья это плохо, но для пластмассовых нитей – это наилучшие условия.

Однако в квартире постоянно готовят еду, кипятят чайник, иногда сушат бельё. Эти бытовые действия влажность увеличивают. Если люди заботятся о своем здоровье, то у них ещё работает увлажнитель, который держит влажность на уровне не ниже 55%.

При нормальном атмосферном давлении, температуре воздуха +25°С и влажности 55% в каждом кубическом метре воздуха содержится 10 г воды. А таких кубометров в комнате 40-50. Другими словами, в небольшой двухкомнатной квартире в воздух может содержаться 1,5-2 л воды. Они-то и портят пластмассовое сырьё для 3D-печати, если оно плохо упаковано.

Всегда и всякий ли пластик надо сушить

Некоторые чистые виды филамента (т. е. без добавления присадок и красителей) имеют нулевую гигроскопичность, а это значит, что его можно предварительно не подсушивать. Но такое сырьё используется нечасто. Обычно для получения качественного и эстетичного вида выбирают цветные материалы, да ещё и с особыми свойствами, которые обеспечивают добавки. В результате достоинство в форме нулевой впитываемости исчезает и появляется необходимость в просушке. Поэтому перед работой лучше проверить качество нити, пропустив через подогретый экструдер несколько десятков миллиметров. Если есть подозрительные звуки – сушка обязательна.

Нейлон намокает в течение нескольких часов, поэтому работа с этим материалом сопряжена с налаживанием процесса постоянного просушивания, т.е. нить должна поступать в экструдер прямо из сушильной камеры. Определить некондиционный нейлон можно по внешнему виду: он теряет прозрачность и становится мутно-белый.

Но опасаться следует не только переувлажненного сырья, но и пересушенного. Для некоторых видов нитей пересушивание не критично, но другие, например PLA, становятся ломкими: пруток может вообще рассыпаться в порошок. С таким же эффектом можно столкнуться, если долго хранить катушку в слишком сухих условиях.

Если нить просто пересохла и еще не «пылит», можно попробовать её восстановить, положив на ночь в пакет с мокрой салфеткой. Понять, пересох пруток или нет, можно при помощи теста на излом: если он ломается от слабого изгиба, то необходимо увлажнение.

Как сушить филамент для 3d-печати

Можно купить специальное сушильное оборудование, но можно воспользоваться и подручными средствами, которые есть в каждом доме, или смастерить самодельную камеру.

Отопительный радиатор

Использование батареи для просушивания сырья – способ распространённый, эффективный, но нестабильный, поскольку доступен только во время отопительного сезона. Кроме этого, у большинства радиаторов нет температурного регулятора, а если есть, то температура устанавливается приблизительно, с расчётом на обогрев комнаты, а не просушку пластмассы. Поэтому после такой сушки придётся использовать дополнительные приёмы проверки кондиционности материала, например, контрольным взвешиванием или замером диаметра прутка. Но всё это даст приблизительное представление о готовности материала к работе.

Другая проблема – это нестабильная влажность в помещении. При сушке белья, варке обеда или даже частого кипячения чайника влажность будет «скакать». А отсюда непонятно, сколько часов сушить материал.

Если уж других способов сушки нет, то рекомендуется выключить все источники дополнительной влаги и оставить бухты на батарее с вечера до утра. 

Духовка

Это ещё одно подручное средство, которое есть в каждой квартире. Однако надо помнить, что для сушки сырья для печати можно использовать только электрические духовки. Нельзя помещать пластик в газовые, инверторные, микроволновые, а также индукционные печи.

Поддерживать нужную температуру в электродуховке проще: все они снабжены терморегулятором. Однако и здесь температурный режим может на несколько градусов отличаться от установленного, это надо учитывать и для измерения температуры пользоваться отдельным термометром. При использовании духового шкафа температуру надо постоянно контролировать. Если печь работает не очень хорошо и отклонения реальной температуры от того, что показывает встроенный термометр, слишком большое, то материал просто расплавится.

Использование кухонного оборудования для нагревания пластмасс – идея нехорошая. Под действием температуры пластмасса выделяет токсичные вещества, некоторые из которых, например стирол, являются ядом и канцерогеном. После использования духовки в технических целях её надо хорошо промыть, а помещение проветрить (запах будет сильным и неприятным).

Также надо следить, чтобы частицы жира из духовки не попали на пластик.

Дегидратор (сушилка для фруктов) и мультиварка

Из домашних средств дегидратор в качестве сушильного аппарата подходит лучше всего:

• стоит дёшево;
• энергозатраты при его работе минимальны;
• температурный датчик работает точно, при этом максимальная температура прибора не превышает 70°С;
• есть крышка, защищающая от попадания влаги извне;
• большинство моделей оснащено вентилятором, таймером.

Главное, чтобы размер дегидратора позволял вместить бухту целиком.

Такие же достоинства (кроме вентилятора) имеются у мультиварок. Их также можно применять для просушивания.

Самодельные устройства

Если предстоит многочасовая печать высоко гигроскопичным материалом, то возникает проблема, связанная с постоянным подмоканием прутка. Некоторые умельцы решили проблему, усовершенствовав дегидратор. Внутрь камеры они установили вращающуюся платформу, а на боковой поверхности крышки сделали выводное отверстие для филамента, который сразу вставлен в принтер. Таким образом, пруток попадает в работу сразу из сушилки и не успевает подпортиться.

В основе другого самодельного устройства используют прямоугольный контейнер с крышкой, например аквариум. Внутрь устанавливают решётку для катушек, а также обогреватель с обдувом, термометр, гигрометр или термостат. Здесь также можно сделать выходные отверстия и при работе подавать просушенные нити.

Столик 3D-принтера

Технологическая особенность столика для принтера – наличие подогрева. Это необходимо, чтобы обеспечить устойчивость нижних слоёв принта во время печати. Эту функцию можно использовать и для просушивания. Лучше, если камера закрытая, так процесс пойдёт быстрее. Отрицательная сторона заключается в том, что пока катушка сушится, принтер простаивает.

Сушильный шкаф

Этот вид сушильного оборудования относится к разряду профессионального оборудования и используется в пищевой промышленности, в химчистках, на предприятиях, производящих пластмассовое сырьё, также в 3D-студиях, где надо сразу сушить много катушек. Однако для домашнего пользования с целью подсушивания катушек это слишком дорогое оборудование. Но если такой шкаф в доме уже есть, его можно использовать.

Профессиональная сушилка для пластика

Приспособление недешёвое, при этом с его помощью можно сушить только одну катушку. Однако, если печатник работает с нейлоном или другим гигроскопичным сырьём, то профессиональная сушилка – это нужное приспособление: из неё нить можно сразу подавать на печать, не оставляя ей времени для намокания.

Как сушить разные виды пластика для 3d принтера

Правила хранения расходных материалов

1. Заводская упаковка не даёт 100% гарантии сухости сырья. Неизвестно, насколько хорошо просушили филамент на предприятии, при каких условиях его упаковали, сколько он пролежал на складе без упаковки. Поэтому при покупке новой бухты в упаковке лучше её просушить и упаковать самому.
2. Хранить катушки надо в условиях минимальной влажности.
3. Для длительного хранения (несколько месяцев) просушенного филамента лучше всего подходят вакуумные пакеты или контейнеры.
4. Для краткосрочного хранения (дни, недели) можно использовать обычные пакеты.
5. В ёмкости для хранения всегда надо класть пакетик силикагеля.
6. Каждую бухту храните в отдельной упаковке.
7. Упакованные катушки лучше дополнительно поместить в плотно закрывающийся шкаф.
8. Хранение призвано защитить от проникновения и впитывания влаги, но само по себе оно не сушит.
9. Не храните катушки без дополнительной упаковки в открытом висячем виде на принтере. Филамент не только наберётся влаги, но еще и запылится.