Выбор температуры для печати на 3D-принтере

В мире 3D-печати существует множество различных пластиков, обладающих различными характеристиками, в том числе и разными температурными режимами. Очень важно выбрать правильную температуру при печати, так как изменение даже на 1 градус может полностью изменить качество модели: её внешний вид и прочность.

Виды пластиков и их температуры плавления

Самым важным является выбор температуры сопла, ведь от нее зависит как именно пластик будет выдавливаться и прилипать к предыдущим слоям.

Слишком высокая приведет к нарушению геометрии модели, появлению полостей или даже к поломке принтера. На модели это также отразится: пластик не будет успевать застыть в том месте, куда его выдавил принтер, и немного сдвигаться. Также, при слабом охлаждении горла, в нем будут возникать пробки, полностью останавливающие печать.

А при слишком низкой температуре пластик может выдавливаться в недостаточном объеме, тем самым ухудшая прочность и внешний вид модели. Если пластик будет слишком твердым, то принтер не сможет продавить необходимый объём.

Температура стола важна для прилипания (адгезии) первого слоя. Редко встречающиеся в бюджетных принтерах, но все же достаточно известная технология термокамеры позволяет предотвратить появление трещин, если усадка пластика (т.е. уменьшение объема при падении температуры) слишком высока. Далее мы рассмотрим самые популярные пластики, их температуры печати и особенности.

PLA

Данная аббревиатура расшифровывается как полилактид. Изготавливается из кукурузы и сахарного тростника, вследствие чего PLA является одним из самых безопасных пластиков для бытового использования. Из-за лёгкости 3D-печати и низкой токсичности этот пластик является самым популярным для начинающих 3D-печатников. 

Настройки температур:

• Температура сопла: 190-210°C

• Температура стола: 60-70°C

• Скорость вентилятора: 100%

Температура печати PLA пластиком является одной из самых низких среди всего разнообразия материалов, но стоит обратить внимание на скорость вентилятора обдува модели, так как этот пластик остается гибким в большом диапазоне температур. При недостаточном обдуве могут загибаться края и углы модели. Чтобы модель лучше прилипала к столу необходимо выставить температуру сопла около 210°C, а температуру стола примерно 70°C. На втором и последующих слоях температуру лучше уменьшить, чтобы предотвратить вышеуказанные проблемы с загибанием краев. 

ABS

Несмотря на сложности при 3D-печати этим пластиком, он является вторым по популярности, так как сочетает дешевизну и универсальность. Намного гибче, чем PLA пластик, что позволяет печатать пружины и гнущиеся детали. Из-за меньшей прочности его легче обрабатывать механическим образом: надфилями и наждачной бумагой. Но из-за выделения токсинов при нагреве этот пластик лучше не использовать при печати посуды или кухонных приспособлений.

Настройки температур:

• Температура сопла: 230-250°C

• Температура стола: 90-100°C

• Скорость вентилятора: 50-75%

ABS пластик имеет большую усадку, поэтому скорость вентилятора лучше не увеличивать выше 40-60%, но если есть маленькие детали или печать мостов, то скорость можно увеличить до 75-80%. При слишком быстром остывании деталь может потрескаться прямо во время печати.

Прочность данного пластика сильно зависит от температуры, поэтому если точность не столь важна, то температуру лучше увеличить вплоть до 250°C. Если печатать с самой низкой температурой, то прочность детали может уменьшиться в 2 раза, относительной той же модели, напечатанной при максимально допустимой температуре.

Будьте осторожны: при печати ABS пластиком в закрытом помещении  у вас может возникнуть головокружение или головная боль! Печать на 3D-принтере необходимо проводить в хорошо проветриваемых помещениях, закрывая 3D-принтер от прямого сквозняка, чтобы испарения из пластика не вредили вам.

PETG

Данный пластик имеет большую химическую стойкость, поэтому его используют при изготовлении посуды. При этом он объединяет прочность PLA пластика и гибкость ABS. Но необходима долгая настройка правильных температур именно для вашего принтера, чтобы убрать все дефекты печати.

Настройки температур:

• Температура сопла: 230-260°C

• Температура стола: 60-90°C

• Скорость вентилятора: 25-50%

Часто встречается проблема с “волосками” в некоторых частях модели. В таких случаях можно увеличить расстояние ретракта. Изменение температуры почти никак не изменит ситуацию. Из-за малой адгезии пластика к самому себе, скорость вентилятора не следует настраивать выше 50%, иначе модель будет легко разламываться между слоями.

HIPS

Этот пластик используется в качестве материала поддержек при печати на принтерах с несколькими экструдерами. Обычно основным пластиком выступает ABS или PLA, так как они нейтральны к D-лимонену, а HIPS в нём полностью растворяется. Это позволяет получить почти идеальное качество нависающих элементов.

Настройки температур:

• Температура сопла: 230-240°C

• Температура стола: 90-100°C

• Скорость вентилятора: 0%

Так как прочность и твёрдость данного пластика крайне мала (иногда его можно продавить ногтем), его не следует использовать как основной материал модели. Обдув не нужен, так как даже при использовании HIPS для всей модели, он успевает затвердеть за время печати слоя.

SBS

Основным свойством данного пластика является прозрачность и гибкость. Это позволяет делать сгибающиеся детали: петли, крепления, зажимы. При обработке модели сольвентом модель становится почти полностью прозрачной как на фото ниже. Но необходимо соблюдать два простых правила: тонкие стенки и полное заполнение пространства между ними.

Настройки температур:

• Температура сопла: 220-230°C

• Температура стола: 60-80°C

• Скорость вентилятора: 50-100%

Совет: Если необходимо распечатать герметичную деталь, то поток следует увеличить на 1-2%. Это увеличит расхождение размеров относительно модели, но сделает модель полностью герметичной.

Nylon

Данный пластик многим знаком в повседневной жизни благодаря одежде из нейлона. Используется в изготовлении шестерней и других подвижных элементов из-за своей гибкости, прочности и малого коэффициента трения.

Настройки температур:

• Температура сопла: 240-260°C

• Температура стола: 70-90°C

• Скорость вентилятора: 0-25%

Пластик требует долгого выбора правильных температур, так как имеет множество проблем: плохая спекаемость между слоями, низкая адгезия, гигроскопичность (способность впитывать влагу из воздуха). Последняя характеристика крайне важна, так как она кардинально меняет поведение пластика. Из-за наличия частичек воды в пластике, модель становится очень хрупкой, а поверхность шероховатой, например, как на фото ниже.

Поэтому крайне важно хранить пластик в сухости. А если неизвестно, набрал ли пластик влагу, то лучше его просушить с помощью специальных устройств или в духовке при температуре 60-70°C на протяжении 2-5 часов.

TPU

Некоторые называют данный пластик “резиновым”. И это название ему подходит, ведь это самый пластичный материал для 3D-печати, способный растягиваться вплоть до 4 раз, относительно своего начального размера. При этом со временем он возвращает свою исходную форму.

Настройки температур:

• Температура сопла: 210-240°C

• Температура стола: 50-70°C

• Скорость вентилятора: 50-100%

Из-за его гибкости могут возникнуть проблемы при печати, а именно зажевывание пластика в механизме подачи. Печатать этим пластиком рекомендуется только в директ экструдерах при маленьких скоростях, не превышающих 40 мм/с. Можно попробовать печатать им в боуденах, но тогда скорость должна быть не более 20-30 мм/с, так как иначе филамент будет сворачиваться в трубке и печать прекратиться.

Причиной данной неполадки служит зазор между отверстием, где филамент выходит из экструдера, и шестерней подачи. Решить данную проблему помогут специальные проставки, уменьшающие этот зазор.

PVA

Водорастворимый пластик, использующийся для печати поддержек. Обладает малой прочностью, из-за чего использование в качестве основного материала детали невозможно. В отличии от HIPS, обладающим схожими свойствами и применением, PVA намного легче удалять с детали, так как даже при нагреве и растворении в воде он остается абсолютно безвредным.

Настройки температур:

• Температура сопла: 220-230°C

• Температура стола: 65-75°C

• Скорость вентилятора: 0-50%

Так как данный пластик необходим только для создания поддержек, то обдув лучше не использовать. Если же необходима качественная деталь, полностью состоящая из PVA пластика (например, растворимая пробка или крепление), то скорость обдува должна быть ниже 50%, так как адгезия слоев у данного пластика крайне мала. Повысить прочность модели из PVA пластика можно с помощью воды: необходимо аккуратно смочить деталь, подождать 5-7 минут и высушить поверхность. Таким образом внешние стенки детали намного сильнее “прилипнут” друг-другу, тем самым повышая общую прочность детали.

PC

Расшифровывается данное название как поликарбонат. Имеет большую прочность, но обладает относительно малой гибкостью, меньшей, чем у PLA. Также при загорании он стремится к самозатуханию, что повышает пожаробезопасность.

Настройки температур:

• Температура сопла: 290-310°C

• Температура стола: 90-120°C

• Скорость вентилятора: 0-25%

Так же как PETG, данный пластик очень гигроскопичен, поэтому требует хранение в сухом пространстве, а лучше в пакете с силикагелем. Из-за необходимости поддержания высоких температур и особенностей хранения, поликарбонат мало распространен в 3D-печати.

PEEK

Данный пластик является сложным для 3D-печати, но при этом обладает выдающимися механическими характеристиками. Поэтому из него изготавливают детали, рассчитанные на работу с большой нагрузкой и трением. Также он нейтрален к различным химикатам.

Настройки температур:

• Температура сопла: 350-410°C

• Температура стола: 120-150°C

• Скорость вентилятора: 0-25%

Для печати PEEK необходимо иметь профессиональные 3D-принтеры. Если использовать 3D-принтер, предназначенный для домашнего использования, то есть вероятность сжечь экструдер и нагревательный элемент в нём. Также необходима нагреваемая термокамера.

Композитные пластики

В данную категорию можно отнести филаменты, содержащие частички какого-либо материала. Такой материал состоит из двух частей: основа (обычно PLA, ABS или иной пластик) и добавляемый компонент (древесина, металл, керамика или углеродные волокна) . Различаются данные пластики не только по виду добавляемого компонента, но и по процентному содержанию. Обычно чем выше содержание дополнительного компонента, тем сильнее свойства пластика отличаются от свойств основы.

Температура зависит от основы, из которой состоит филамент. Все необходимые параметры необходимо узнать у производителя.

Общей особенностью всех пластиков данной категории является необходимость использования сопла с большим диаметром выходного отверстия (от 0.5мм). Иначе сопло быстро забьётся добавляемым компонентом. Также крайне важен материал сопла, так как обычные латунные сопла быстро сотрутся. Обычно хватает сопел из закаленной стали.

Настройка температуры на принтере

Прежде чем приступать к печати очень важно быть уверенным, что принтер нагревает сопло до правильной температуры и делает это без скачков. Для этого нужно удостовериться в настройке прошивки принтера и правильности установки термопары.

Правильная установка термопары в хотенде

Принтер получает данные о температуре хотенда с помощью термопары, которая устанавливается в хотенд. Обычно для этого есть специальное отверстие, в него нужно как можно глубже вставить термопару. Важно закрепить провод термопары. Зачастую для этого в хотенде есть отверстие, куда вкручивается винт. Лучше всего провести два проводка по разным сторонам от центра винта. Это надежно зафиксирует термопару в хотенде. Если крепления термопары не предусмотрено, то необходимо зафиксировать провод термопары на проводе нагревательного элемента. Пример, как это сделать на фото ниже.

Внимание: плохо закреплённая термопара может выпасть из хотенда, тем самым создавая вероятность возникновения пожара!

Настройка прошивки

Если принтер собирается самостоятельно, то важно выбрать тип термопары в прошивке. Если вы собираетесь использовать прошивку Marlin, то необходимо зайти в файл Configuration.h, и найти строку:

#define TEMP_SENSOR_0 0

На месте последней цифры может стоять не ноль, а другая цифра. В большинстве случаев, если у вашего принтера стоит термистор в виде “капельки”, то вместо последней цифры необходимо поставить 1. В итоге у вас должна получиться строка:

#define TEMP_SENSOR_0 1

Если принтер определяет температуру неправильно, то стоит попробовать изменить последнюю цифру на иную. Список цифр и термопар, которые они обозначают, написан над этой настройкой.

Такая же настройка есть и у стола, её можно найти по строке:

#define TEMP_SENSOR_BED 0

Здесь также следует поменять 0 на 1.

Настройка PID

Под этой аббревиатурой скрывается сложное название: пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор. Если говорить простым языком, то это функция, позволяющая точнее держать температуру в заданных рамках. Так как принтер может только включать и выключать нагревательный элемент, то единственный способ контроля температуры это выключение нагревательного элемента при достижении необходимой температуры, и включение его, если температура упала ниже заданного значения. Но в таком случае температура будет сильно “скакать” из-за инертности нагревателя. Именно для этого и существует функция PID - компенсировать инертность нагревателя. Но для каждого принтера необходима своя настройка PID, так как инертность может сильно отличаться в зависимости от многих параметров.

Для настройки PID необходимо проводное подключение к принтеру. Для отправки команд лучше всего использовать Repetier-Host. Как только вы подключитесь к принтеру, на него нужно отправить команду: 

M303 C3 S210

Здесь цифра, стоящая после C отвечает за количество циклов нагревания-остывания, через которые пройдёт принтер, а цифра после S отвечает за температуру, для которой настраивается PID. Несмотря на то, что настраиваться принтер будет на определенной температуре, эти настройки подойдут и для более высоких температур.

После некоторого времени принтер отправит в консоль значения трёх параметров PID: Kp, Ki и Kd. Эти параметры и отвечают за настройку PID. Чтобы ввести эти цифры в настройку принтера нужно отправить команду:

M301 P14.82 I0.8 D68.25

Здесь после букв P, I и D идут соответствующие значения Kp, Ki, и Kd из предыдущего шага. Если ввести эту команду, то настройка PID сохранится только до выключения принтера. Можно добавить эту команду в стартовый GCODE для каждой модели, которую вы будете печатать. В некоторых принтерах можно изменить эти параметры через меню самого принтера.

Температура размягчения и постобработка

После 3D-печати можно обработать деталь с помощью воздействия высокой температуры. Это позволяет увеличить ее прочность и изменить геометрию детали. В домашних условиях для этих целей можно использовать духовку. Но следует быть осторожным: некоторые пластики при нагреве выделяют опасные вещества, поэтому лучше использовать другие методы. Например, альтернативой может послужить паровая баня, горячая вода или фен. Главным параметром такой обработки является температура. Необходимо иметь достаточно высокую температуру, чтобы материал модели начал переходить из твёрдого состояния в вяло-текучее, но не превышать некоторый порог температуры, после которого деталь может неконтролируемо изменить свою геометрию.

Список пластиков и их температур размягчения:

• PLA ‒ 70°C

• ABS ‒ 105°C

• PETG ‒ 80°C

• HIPS ‒ 85°C

• Nylon ‒ 125°C

• TPU ‒ 95°C

• PC ‒ 145°C

• PEEK ‒ 255°C

Данные относительно неточные, так как у пластиков нет определенной температуры, когда они полностью переходят в из одного состояния в другое.

Универсальная таблица

Для тех, кто часто использует различные пластики, мы подготовили таблицу, содержащую всю необходимую информацию для настройки температуры 3D-принтера “на лету”.