Początkowo, produkowane drukarki 3D nie były wyposażone w podgrzewane platformy robocze. Aby poprawić przyczepność wydruków do zimnej powierzchni, stosowano materiały, takie jak np. taśma malarska. Producenci drukarek 3D, jak również ich użytkownicy, doszli jednak szybko do wniosku, że większość filamentów, lepiej przylega do ciepłej powierzchni platformy i że ma to również kilka innych ważnych zalet.
Drukarki FDM wytłaczają stopiony filament w temperaturze wystarczająco wysokiej, aby umożliwić płynność materiału i jednocześnie wystarczająco niskiej, aby filament ostygł i ponownie zestalił się w przewidywalny sposób. Jeśli jednak chłodzenie następuje zbyt szybko lub ekstrudowany filament osiąga zbyt niską temperaturę, kurczy się za bardzo, narastają naprężenia wewnętrzne, zaczynają pojawiać się problemy z przyczepnością i wypaczaniem – zwłaszcza na styku z powierzchnią platformy roboczej.
Korzyści płynące z podgrzewanego stołu roboczego oznaczają, że praktycznie wszystkie nowoczesne drukarki 3D są wyposażone w nie w standardzie. Sposób podłączenia elementu grzejnego z fizyczną platformą roboczą, użyte materiały płytowe, moc znamionowa stołu i inne czynniki mają wpływ na końcową jakość drukowanego elementu.
Omówimy te czynniki bardziej szczegółowo poniżej, ale najpierw przyjrzyjmy się dokładniej, jak podgrzewane stoły robocze poprawiają jakość druku.
Najważniejsze korzyści
Podgrzewane platformy niosą ze sobą kilka powiązanych korzyści. Przyjrzyjmy się najpierw najważniejszym trzem:
- Przyczepność do powierzchni platformy: Gorąca powierzchnia robocza, zapobiega zbyt szybkiemu chłodzeniu ekstrudowanego filamentu. Daje to czas na dostosowanie się do mikroskopijnych niedoskonałości na powierzchni i mocniejsze przyklejenie. To, co dokładnie oznacza „zbyt chłodno” lub „zbyt szybko”, zależy od drukowanego materiału i innych czynników, jak opisano w poniższej sekcji.
- Pomagają zapobiegać wypaczaniu: Naprężenia wewnętrzne powstają podczas stygnięcia stopionego filamentu i są one szczególnie widoczne w rogach. W miarę dodawania kolejnych warstw gorącego materiału, różnica temperatur może powodować wciąganie tych naprężeń do wewnątrz. Z kolei, jeśli przyczepność jest słaba, rogi mogą się odrywać i zwijać (tj. wypaczać) w górę, potencjalnie niszcząc wydruk. Podgrzewanie stołu zmniejsza tendencję do wypaczania się wydruków, poprzez wyrównanie różnicy temperatur oraz przytrzymywanie wydruku z lepszą przyczepnością.
- Wspomagają usuwanie wydruków: po zakończeniu drukowania i ochłodzeniu podgrzewanego stołu, najniższe warstwy plastiku nieco się kurczą, stają się sztywniejsze i rozluźniają przyczepność do stołu. W przypadku większości materiałów pomaga to w łatwiejszym oderwaniu wydruków od powierzchni platformy roboczej.
Podgrzewana platforma robocza ma też dodatkowe zalety. Generowane przez nią ciepło jest rozpraszane do otaczającego środowiska i pomaga utrzymać ciepło w całej przestrzeni roboczej drukarki, zwłaszcza jeśli ta posiada zamkniętą konstrukcję. Obudowa zmniejsza nadmierne naprężenia chłodzące dla wszystkich warstw druku, polepszając jakość wydruków.
Różne strategie dla różnych materiałów
W ten sam sposób, w jaki różne materiały wytłaczają się w różnych temperaturach, należy również zmieniać temperaturę podgrzewanej platformy, aby uzyskać jak najlepszą wydajność. W grę wchodzi kilka czynników.
Najczęściej omawiana jest temperatura zeszklenia (Tg). Jest to temperatura, powyżej której materiał zaczyna się zmieniać z twardego ciała stałego w coś nieco bardziej plastycznego. Różni się to od wyższej temperatury topnienia (Tm), powyżej której materiał może być wytłaczany.
Podgrzewane platformy są zwykle ustawiane na temperatury zeszklenia, aby poprawić przyczepność i zmniejszyć naprężenia związane z chłodzeniem. Inne czynniki, to temperatura samego materiału wytłaczanego, temperatura otoczenia, różnice w materiałach między producentami, kolor materiału (nawet tego samego producenta), a nawet historia, w jakiej temperaturze materiał był przechowywany.
Każdy materiał ma zatem swój zakres temperatur. Jako punkt wyjściowy możemy przyjąć poniższe zalecenia:
- PLA ma pewien stopień naturalnej przyczepności, więc podgrzewana platforma nie jest konieczna. Najlepsze wyniki osiąga się jednak zazwyczaj w zakresie od 50 do 60°C.
- PETG zazwyczaj drukuje się najlepiej na podgrzewanym stole, w temperaturze od 75 do 85 °C.
- ABS jest bardzo wrażliwy na temperaturę platformy i otoczenia. Temperatura stołu roboczego powinna wynosić od 105 do 115 °C, ale to jaka wartość będzie najlepsza, będzie się różnić w zależności od temperatury otoczenia. Dlatego kluczem jest obudowa zapewniająca utrzymanie wysokiej i stałej temperatury powietrza.
- TPU temperatury platformy zwykle mieszczą się w zakresie od 45 do 60 °C.
- TPE pomimo temperatury zeszklenia między 60 a 120 °C, nie wymaga podgrzewanej platformy, chociaż powszechnie stosuje się 60 °C.
- Nylon lubi wysokie temperatury, dlatego zalecany jest zakres temperatur od 80 do 100°C.
W przypadku innych materiałów najlepiej zapoznać się z zaleceniami producenta.
Jak najlepiej wykorzystać zalety podgrzewanej platformy?
Teoretycznie, podgrzewana platforma robocza powinna szybko nagrzewać się do zadanej temperatury, a następnie utrzymywać ją stabilnie i konsekwentnie. Rzeczywistość jest jednak nieco inna i może mieć istotny wpływ na jakość druku.
- Pamiętaj o nieprawidłowych odczytach temperatury:
Należy uważać na nieprawidłowe odczyty temperatury: Wyświetlana temperatura podgrzewanej platformy pochodzi z czujnika (zazwyczaj termistora). Czujniki te mogą nie być całkowicie dokładne, a z czasem ulegają degradacji i mają tendencję do zaniżania odczytów. Jeśli posiadasz dokładny monitor termiczny, możesz go skalibrować i zaktualizować oprogramowanie sprzętowe drukarki, ale zazwyczaj dokonuje się kompensacyjnej zmiany ustawionej temperatury.
- Poczekaj, aż osiągnie odpowiednią temperaturę roboczą: Innym powodem, dla którego wyświetlana temperatura może być myląca, jest „drukowanie z zimna”. Czujnik temperatury stołu może odczytywać pewien stopień, ale może nie być on osiągnięty w górnej części całej powierzchni drukowania. Rzeczywista temperatura będzie niższa niż wskazana, więc nie uzyskasz początkowej przyczepności, której oczekujesz. Ponadto, gdy platformy się nagrzewają, rozszerzają się lub kurczą. Jeśli spróbujesz wypoziomować platformę przed osiągnięciem zadanej temperatury roboczej, poziom platformy może przekroczyć nawet całą wysokość warstwy. (Thomas Sandader’s ma świetny film na ten temat.) Drukarki różnią się, ale zazwyczaj potrzeba co najmniej 10 minut, aby osiągnąć wystarczająco stabilną temperaturę.
- Rozważ możliwość nierównomiernego rozkładu temperatury: Powiązanym punktem jest to, że platformy mogą się nierównomiernie nagrzewać (patrz zdjęcia powyżej). Efekt ten zwykle wyrównuje się z czasem, ale w wysokich temperaturach, może to nadal stanowić problem i powodować niespójną przyczepność oraz wypaczenia. Rozwiązaniem jest zwykle pozostawienie wystarczającej ilości czasu na osiągnięcie stałej temperatury.
- Upewnij się, że ustawienie PID jest dokładne: ten ostatni punkt może mieć zaskakującą różnicę w wydrukach, szczególnie w przypadku wyższych temperatur. Złe dostrojenie może spowodować oscylacje temperatury (i związane z tym rozszerzanie i kurczenie). To z kolei może objawiać się jako ,,ribbing” i inne niedoskonałości powierzchni wzdłuż osi Z. Właściwe dostrojenie PID platformy i termistora może rozwiązać ten problem. Mamy doskonały artykuł, który wyjaśnia, jak to zrobić bardziej szczegółowo.
Pamiętaj jednak, że powyżej typowych temperatur od 50 do 60 °C, podgrzewane platformy mogą powodować oparzenia skóry, dlatego należy zachować ostrożność – zwłaszcza podczas przechodzenia z PLA na materiały, które wymagają wyższych temperatur.
Źródło głównego zdjęcia: Thomas Sanladerer via YouTube
Licencja: Tekst „3D Printer Heated Bed – The Advantages” autorstwa All3DP jest objęty licencją Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Źródło: All3DP
