2013年3月28日 星期四

3D印表機列印時的翹曲問題



原文來自於:
http://capolight.wordpress.com/2010/07/26/warping-large-objects-and-the-heated-print-bed/
(This Chinese article rewritten after reading original article is not all the same with the original. )




Warping – Large objects and the heated print bed.
3D印表機列印時的翹曲問題

3D印表機在打印的時候,如果物件太大,容易有翹曲的問題。簡而言之就是冷卻的速度不同,造成塑料重新結晶的速度不同,進一步收縮的程度也就不同。所以翹曲是一定會發生的,只是程度大小的問題。如果快速地打印小件的東西,則不容易發生翹曲的情況,原因在於物件小,溫降的梯度有限,換句話說內外溫差還沒有大到會產生明顯的翹曲。

文中提出(1)打印速度 (2)物件大小與(3)材料特性為三個主要影響的因素。以下就這三個再詳細說明:

(1) 打印速度
若打印速度太慢時,下方堆疊的材料已冷卻成型,而上方剛疊上去的開始收縮,此時正好把下方材料的兩側拉起來造成翹曲。吾稱此為「收縮量差」,這也正是翹曲的主因。而熱力學教科書的寫法是因為殘留的熱應力,使外面已冷卻的元素向內收縮產生翹曲。
可以參考原作者的另一篇 warping fundamentals
http://capolight.wordpress.com/2010/07/25/warping-fundamentals/

(2) 物件大小
在這裡我跟原者作的觀點不同,原作者認為用同樣速度列印時,物件越大,越有時間慢慢均勻冷卻,所以翹曲的狀況會比較小。但如果物件越大,累積的「收縮量差」應該比較大,二來因為中心離外面外遠,內部降溫的速度變得更慢,外面都冷到定型了,裡面還在收縮,因此推論物件越大越容易翹曲,但我還沒有實驗可以證實。

(3) 材料特性
材料在熱學上有很多特性是相關的,例如熱膨脹係數(CTE)、熱傳導係數、熱塑型溫度點(Tg)。文中是以HDPEPLA當作例子,說明因為HDPE所需的塑型溫度(Tg)較高,因此由中心到邊界的溫度梯度就大,以致容易產生翹曲。
(但我查 material.onlineHDPEPLATg好像剛好相反)
另外熱膨脹係數(CTE)越大è代表變形程度越大è越翹曲

目前最主要的解決方案是利用加熱板,讓物件底部接觸保溫的熱板,為了就是不要讓下層太快冷卻定型,以減輕熱應力的發生。

當然熱板不是萬能的,因為它只能加熱底部。但物件的左右前後都有這樣的問題,所以如何建立一個個保溫室,或是用加熱的氣體噴在物件上,都是一個可能的方向。

8 則留言:

  1. hi, 大明~建議可以建立保溫室~效果還不錯喔!

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  2. 喔!王博,你也有玩嗎?聽說是建立保溫室還蠻有效的,還有口紅膠,加上保熱牆結構等等聽說都有效。(目前我是只有用口紅膠啦~~~便宜行事)

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  3. 哈~我們實驗室剛好有買一台~常在用。
    自己做的真的太強了XDDD!!
    的確~!在底板上都會有一層蠻黏的東西!!

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  4. 你好,FDM正為翹曲問題煩惱的時候,找到了你的網站。
    目前我的FDM有保溫室 環境溫度約42度
    但是仍然有嚴重的翹曲現象
    想請教 某些機台在噴嘴旁邊設計有冷卻風扇
    是為了避免這類的翹曲問題嗎?

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    1. 目前眾說紛芸,
      1、有人說這冷卻風扇有助於列印最上層尖頭,因為希望快點"硬"以免尖頭歪掉
      2、風扇的作用是希望材料一出擠壓頭之後就冷卻,不要與已成形的下層有太大的溫差
      以減少翹曲,但…
      3、有人實驗結果(包括我自己)是對下方翹曲一點幫助也沒有
      (理論上要專門針對擠出時立刻冷卻,風扇只是讓整體降溫而已!)

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    2. 謝謝你提供的資訊
      目前我也在打印噴嘴旁的冷卻工具
      也許明天才能試試看(現在我也不看好)

      就ABS翹曲的問題
      你認為哪個方式比較可行?
      1.再提高環境溫度
      2.加快列印速度...其它?

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    3. 我目前覺得有效的方式有兩個
      1、口紅膠:強制把邊角黏在平台上,真的有效!
      2、增加邊角的牆:在設計時,就在易翹曲的邊角外側多畫一個厚牆,這個牆會保留溫度,減少翹曲!

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