Почему 3D-печать деформируется и трескается? И как мы это предотвращаем

Если вы когда-нибудь видели 3D-печатную деталь с загнутым углом или тонкую трещину, опоясывающую модель, как ремень, вы уже знакомы с двумя классическими проблемами технологии: деформацией (warping) и расслоением. У обеих одна физика, обе предотвратимы, и обе являются заботой студии, а не вашей. Объясняем, что происходит внутри пластика и как этого избежать.

Физика в одном абзаце

FDM-принтер укладывает расплавленный пластик при температуре примерно 190–260 °C в зависимости от материала. Остывая, каждый слой чуть-чуть сжимается. Слой под ним уже остыл и сжался, поэтому свежий слой тянет его за собой. Умножьте это на сотни слоёв, и вся деталь оказывается в напряжении, как натянутая резинка. Если напряжение побеждает сцепление со столом, углы приподнимаются: это деформация. Если напряжение побеждает связь между двумя слоями, они расходятся: это трещина, или расслоение.

Чем сильнее пластик усаживается при остывании, тем сильнее он деформируется. Поэтому материал так важен.

Какие материалы в зоне риска

Материал	Усадка при остывании	Риск деформации	Риск трещин
PLA	Низкая	Низкий	Низкий
PETG	Низкая или средняя	Низкий	Низкий
ABS	Высокая	Высокий	Высокий без закрытой камеры
ASA	Высокая	Высокий	Средний или высокий
Нейлон	Высокая, плюс впитывает влагу	Высокий	Средний
Смола	Немного усаживается при отверждении, а не при остывании	Низкий или средний; тонкие плоские детали могут выгибаться, особенно при пересветке	Возможны трещины при пересветке, на сильном солнце или если внутри полой детали осталась жидкая смола

Для большинства декоративных и бытовых моделей PLA и PETG самый спокойный и предсказуемый выбор, и это одна из причин, почему они стоят по умолчанию в нашем сравнении PLA, PETG и ABS. ABS и ASA берут, когда нужна стойкость к жаре или ультрафиолету, и им требуется тёплый закрытый принтер.

Деформация: откуда берётся

• Холодный или неравномерно прогретый стол. Пластик держится на тёплой поверхности и отпускает холодную.
• Сквозняки. Зимой достаточно приоткрытого окна рядом с принтером, чтобы у ABS-детали поднялись углы.
• Большая плоская площадь основания. Широкое тонкое дно сжимается сильнее всего, а сопротивляться ему нечем. Плоскую пластину 200 мм удержать ровной сложнее, чем вазу высотой 200 мм.
• Острые углы. Напряжение концентрируется в углу 90 градусов, и именно там начинается отрыв.
• Грязный стол. Отпечатки пальцев и пыль работают как разделительная смазка.

Трещины: откуда берутся

• Слишком быстрое охлаждение между слоями, обычно в открытом принтере с мощным обдувом на ABS.
• Слишком низкая температура печати, из-за которой слои не спекаются как следует.
• Влажный филамент. Влага превращается в пар в сопле и оставляет крошечные пустоты между слоями, с которых и начинается разрыв.
• Тонкие высокие стенки без рёбер жёсткости.
• Нагрузка потом: модель из PLA на торпедо автомобиля или на солнечном подоконнике размягчается, ведёт себя и, остыв, трескается по слабому слою. В статье об уходе за 3D-печатными изделиями мы разбираем, какую температуру выдерживает каждый материал.

Как предотвращают деформацию и трещины

Вам не придётся думать ни о чём из этого, но полезно знать, как выглядит грамотная практика.

1. Выбор материала. Если детали не нужно переживать жару, печать из PLA или PETG снимает большую часть проблемы.
2. Подогреваемый стол и правильная адгезионная поверхность. Текстурированный PEI для PLA и PETG, тёплый стол с адгезивом для ABS.
3. Закрытая камера для материалов с высокой усадкой. ABS, ASA и нейлон лучше всего печатать в закрытом объёме, который остаётся тёплым, так что каждый слой остывает медленно и равномерно.
4. Сухой филамент. Катушки стоит хранить с силикагелем и при необходимости сушить перед печатью. Нейлон особенно быстро набирает влагу и обычно требует сушки перед каждой печатью.
5. Кайма и «мышиные уши». Кайма (brim) это тонкая юбка пластика вокруг основания, которая увеличивает площадь сцепления; «уши» это маленькие диски в острых углах. И то и другое потом отрывается.
6. Ориентация и конструкция. Где модель позволяет, углы скругляют, очень большие плоские части разрезают или разворачивают деталь так, чтобы самая широкая плоская грань не лежала на столе. Многие из этих приёмов описаны в статье дизайн под 3D-печать.
7. Медленное остывание после печати. Крупные ABS-детали лучше оставить остывать в закрытом принтере, а не вынимать горячими.

Можно ли спасти деформированную или треснувшую модель

Иногда да. Слегка приподнятый угол декоративной вещи можно выровнять аккуратным нагревом под плоским грузом. Волосяную трещину в PLA можно заплавить филаментом того же цвета паяльником, а ABS склеить ацетоном или ABS-ацетоновой пастой. Но функциональная деталь, которую повело, уже не встанет на место, а треснувшая деталь треснет снова. В таких случаях правильное решение перепечатать. Деформированную или треснувшую модель не стоит отправлять в надежде, что вы не заметите, потому что вы заметите.

Готовы заказать?

Расскажите, для чего нужна деталь, где она будет стоять и насколько может нагреться, и Fantasy Lab 3D предложит материал и настройки, при которых она останется ровной и целой. Напишите нам через форму на сайте или в директ Instagram @fantasylab3d.almaty.