如何避免過(guò)度干燥3D打印線(xiàn)材?

魔猴君  知識(shí)堂   43天前

過(guò)度干燥（無(wú)論是溫度不合適、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)還是過(guò)于頻繁）都會(huì)破壞某些聚合物的分子結(jié)構(gòu)。這會(huì)對(duì)強(qiáng)度、層附著力產(chǎn)生負(fù)面影響，并導(dǎo)致脆性。使用過(guò)度干燥的線(xiàn)材打印也非常困難，因?yàn)榫€(xiàn)材本身可能會(huì)斷裂、擠出不均勻，并且任何打印件都可能出現(xiàn)表面開(kāi)裂。

通過(guò)本文，魔猴網(wǎng)將和大家一起探討，如何判斷燈絲是太濕還是太干，正確干燥的最佳做法，以及如何保持燈絲干燥。

太濕還是太干？

圖1：使用過(guò)濕的長(zhǎng)絲進(jìn)行3D打印的典型癥狀（例如此處顯示的拉絲）與使用過(guò)干的長(zhǎng)絲進(jìn)行3D打印時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺陷非常相似（來(lái)源：Daniel DeNeve通過(guò)All3DP）

您可能已經(jīng)熟悉濕絲產(chǎn)生的問(wèn)題，例如擠出時(shí)發(fā)出爆裂聲或破裂聲；嚴(yán)重的拉絲、結(jié)塊或滲出；打印件表面紋理異常或“模糊”；以及擠出線(xiàn)不均勻。不太明顯的是部件強(qiáng)度和層附著力的降低。

濕的燈絲摸起來(lái)可能很柔韌，甚至?xí)邪l(fā)霉的氣味，或者顏色褪色。

另一方面，當(dāng)細(xì)絲太干時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生同樣負(fù)面的結(jié)果和類(lèi)似的特性。您可能會(huì)注意到層粘合性差或表面粗糙。易碎的細(xì)絲在處理過(guò)程中很容易折斷或斷裂，并且由于細(xì)絲流動(dòng)特性的變化，還可能出現(xiàn)拉絲、起泡或其他擠壓?jiǎn)栴}。

干燥的細(xì)絲可能感覺(jué)很脆，容易破裂或斷裂，并且可能會(huì)粘在線(xiàn)軸上。

由于太濕和太干的燈絲具有一些共同的特征，那么如何區(qū)分它們呢？

判斷方法之一是測(cè)量線(xiàn)材的重量。當(dāng)材料吸水后，重量會(huì)更大。然而，測(cè)量重量并不像聽(tīng)起來(lái)那么容易。1公斤的線(xiàn)軸重量并不精確為1,000克；還有線(xiàn)軸的重量，以及纏繞在每個(gè)線(xiàn)軸上的材料的精確量也略有不同。此外，可能影響打印的水分量可能只有幾毫克。

圖2：干燥前后稱(chēng)量燈絲，以確認(rèn)水分已被去除（來(lái)源：reddit用戶(hù)JnaCer）

比如，有人經(jīng)常用精確的秤從袋子里取出新線(xiàn)軸稱(chēng)重，并記錄該數(shù)字以供參考。然后晾干線(xiàn)軸并再次稱(chēng)重。雖然這是一種證明或反駁材料曾經(jīng)潮濕而現(xiàn)在不潮濕的方法，但它在干燥之前無(wú)法提供信息。此外，紙板線(xiàn)軸比塑料線(xiàn)軸能容納更多的水分，因此光是線(xiàn)軸就可能損失數(shù)毫克的水。

另一種方法是剪兩段燈絲，每段大概200毫米。將其中一段晾干，然后比較它們的重量。您也可以將燈絲放入密封袋中，并配上濕度指示器（價(jià)格低于30美元，隨處可見(jiàn)）。如果濕度指示器顯示袋中的相對(duì)濕度高于40%，則燈絲很可能是濕的。

由于無(wú)法快速確定您的細(xì)絲中已經(jīng)含有多少水分，因此最好的方法似乎是在使用前將其干燥。事實(shí)上，許多材料生產(chǎn)商都建議對(duì)多種類(lèi)型的聚合物細(xì)絲（例如尼龍）進(jìn)行干燥。

但是，干燥已經(jīng)干燥的燈絲可能會(huì)產(chǎn)生后果，具體取決于材料和干燥過(guò)程。但需要明確的是，只要嚴(yán)格遵循制造商的干燥建議，大多數(shù)聚合物類(lèi)型都可以反復(fù)干燥而不會(huì)造成損壞。干燥通常出錯(cuò)的地方是使用錯(cuò)誤的溫度（太高）并反復(fù)讓燈絲吸收水分然后干燥。

干還是不干？

圖3：SunLu和GratKit的長(zhǎng)絲烘干機(jī)展示了它們?nèi)绾渭訜岵⑴懦鲩L(zhǎng)絲中的水分（來(lái)源：Sunlu、GratKit）

如果您經(jīng)常閱讀3D打印論壇，那么您會(huì)遇到兩種人：一種人從未干燥過(guò)他們的線(xiàn)材，也沒(méi)有遇到任何問(wèn)題，也不了解干燥的麻煩是什么；另一種人每次使用前都會(huì)認(rèn)真的干燥他們的線(xiàn)材。

重點(diǎn)是，如果您打印的部件的層附著力、強(qiáng)度和表面質(zhì)量讓您滿(mǎn)意，請(qǐng)繼續(xù)做您正在做的事情。但是，如果您沒(méi)有獲得預(yù)期的質(zhì)量，問(wèn)題（通常）在于您的燈絲狀況。

如果您為自己的企業(yè)或作為企業(yè)使用3D打印，您需要遵循全公司流程以確保您的材料始終處于最佳狀態(tài)。

什么時(shí)候應(yīng)該擦干？

在理想情況下，保持線(xiàn)材處于最佳狀態(tài)的最佳方法是避免干燥，尤其是用熱風(fēng)。“應(yīng)該”沒(méi)有理由干燥裝在密封袋中的全新線(xiàn)材。據(jù)推測(cè)，這種材料是在合適的環(huán)境中制造和包裝的。但情況并非總是如此。事實(shí)上，一些制造商，如Bambu Lab和Prusa，建議您在每次使用前干燥特定材料，如TPU和PA（尼龍）。（All3DP曾去過(guò)Prusa線(xiàn)材工廠(chǎng)，那里是最先進(jìn)的，所以干燥建議可能只是預(yù)防措施。）

這就引出了一個(gè)事實(shí)：所有聚合物對(duì)水分的反應(yīng)都不相同。有些聚合物細(xì)絲（如PLA）可能永遠(yuǎn)不需要干燥，而其他聚合物細(xì)絲（如尼龍）則會(huì)迅速吸收環(huán)境中的水分。

它是吸濕的，不是吸水性的

您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)“吸濕性”這個(gè)術(shù)語(yǔ)，它與聚合物分子結(jié)構(gòu)如何吸收水分有關(guān)，例如高度吸濕。幸運(yùn)的是，這個(gè)特性是可以測(cè)量的，它是了解您的長(zhǎng)絲的一個(gè)有用數(shù)據(jù)點(diǎn)。

有多種方法可以測(cè)量聚合物的這一特性，但當(dāng)談到3D打印長(zhǎng)絲時(shí)，您可能會(huì)看到制造商提到“吸濕率”（MAR）-盡管它不是材料數(shù)據(jù)表上的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值。

MAR通常表示為在受控的溫度和相對(duì)濕度條件下（通常為50%），在潮濕環(huán)境中暴露特定時(shí)間（通常為24至48小時(shí)）后材料重量增加的百分比。例如，0.1%的MAR不是吸收的水分量，而是在暴露于典型濕度一兩天后長(zhǎng)絲的重量會(huì)增加多少。

圖4：拉絲可能是由于線(xiàn)材太濕或太干造成的（來(lái)源：reddit用戶(hù)NotSloth1204）

不要過(guò)分重視官方MAR測(cè)試中使用的24到48小時(shí)測(cè)量。這并不意味著將燈絲放在外面六個(gè)小時(shí)甚至一個(gè)小時(shí)就可以了。吸濕率直接受環(huán)境相對(duì)濕度的影響。較高的濕度和溫度會(huì)增加可用的水蒸氣量，從而更快地使吸濕材料吸收更多水蒸氣。

同樣，MAR低至0.1%的長(zhǎng)絲并不意味著這是材料可以吸收的最大水分量。材料暴露在水分中的時(shí)間越長(zhǎng)，其吸收的水分就越多，直至達(dá)到飽和點(diǎn)，這也稱(chēng)為水分平衡或平衡水分含量(EMC)。

每種材料都有獨(dú)特的水分平衡點(diǎn)，即材料無(wú)法再吸收水分，完全“濕潤(rùn)”的點(diǎn)。對(duì)于像PLA這樣的材料，這種平衡點(diǎn)低于1%（按重量計(jì)算），“一般來(lái)說(shuō)，低于1%的水分都可以忽略不計(jì)”，材料制造商PolyMaker的Luke Taylor說(shuō)道。“這就是PLA如此友好的原因，你可以將線(xiàn)軸放在打印機(jī)上幾個(gè)月，它仍然完好無(wú)損。”

圖5：長(zhǎng)絲制造商PolyMaker為每種材料提供了吸濕曲線(xiàn)圖，標(biāo)明了材料暴露在潮濕環(huán)境中多長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題（來(lái)源：PolyMaker）

然而，尼龍等材料的平衡值要高得多。尼龍PA6的平衡值約為3.3%，此時(shí)，細(xì)絲中的水分太多，當(dāng)它在熱端熔化時(shí)（打印溫度約為270°C），水分會(huì)沸騰并向外破裂。“這會(huì)破壞表面質(zhì)量、層粘合性，并使打印件變得粘稠，”泰勒說(shuō)?！癙VA的情況更糟，平衡值超過(guò)10%時(shí)就會(huì)達(dá)到平衡，而且眾所周知，在潮濕的環(huán)境中無(wú)法打印。”

為什么你應(yīng)該關(guān)心你的長(zhǎng)絲的MAR和平衡？雖然我們?cè)谙旅媪谐隽?2種聚合物的典型范圍，但最好在你的長(zhǎng)絲品牌上尋找這些測(cè)量值（如果提供的話(huà)），以準(zhǔn)確了解你的長(zhǎng)絲的吸濕性。

長(zhǎng)絲的配方有很多種，含有各種添加劑，如增塑劑、穩(wěn)定劑、填料或顏料，因此可能不符合“典型”行為，可能需要獨(dú)特的干燥方法。

查找這些數(shù)據(jù)的另一個(gè)原因是在購(gòu)買(mǎi)之前對(duì)類(lèi)似的長(zhǎng)絲進(jìn)行比較。如今，一些材料制造商正在努力制造尼龍配方，例如，MAR值非常低，這對(duì)于始終需要手頭有干燥材料的大批量打印操作來(lái)說(shuō)是一個(gè)強(qiáng)大的賣(mài)點(diǎn)。

PolyMaker為每根細(xì)絲提供了一張“吸濕曲線(xiàn)”圖表（見(jiàn)上文），該圖表表明在材料變得太濕而無(wú)法打印之前可以將其放置多長(zhǎng)時(shí)間，泰勒說(shuō)，MAR約為0.8%到1%。

始終干燥的尼龍，很少干燥的PLA

從上表可以看出，尼龍吸濕性很強(qiáng)，而PLA吸濕性不強(qiáng)。如果儲(chǔ)存得當(dāng)，您可能永遠(yuǎn)不需要干燥PLA，但可能經(jīng)常需要干燥尼龍，甚至在干燥箱中使用它進(jìn)行打印。

如何正確干燥細(xì)絲

圖6：Apium F300長(zhǎng)絲干燥機(jī)的精確溫度控制（來(lái)源：Apium）

“當(dāng)水分被吸收到長(zhǎng)絲中時(shí)，它不像海綿中的水那樣可以輕易擠出，”P(pán)olyMaker的Taylor指出?！八肿釉诰酆衔镦溕闲纬蓸O性鍵，并充當(dāng)增塑劑，降低拉伸強(qiáng)度和剛度，同時(shí)增加韌性和伸長(zhǎng)率。因此，干燥長(zhǎng)絲需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，因?yàn)闊崃啃枰獣r(shí)間來(lái)破壞極性鍵并蒸發(fā)掉長(zhǎng)絲中的水分?！?/span>

這是所有長(zhǎng)絲干燥的目標(biāo)，但如何實(shí)現(xiàn)則有多種形式。

干燥細(xì)絲的方法有很多種，比如細(xì)絲烘干機(jī)、烤箱、脫水機(jī)等，每種方法都有各自的特點(diǎn)，可能會(huì)讓人感到困惑。事實(shí)上，一般來(lái)說(shuō)，干燥細(xì)絲的方法缺乏明確的指導(dǎo)方針，這可以歸咎于過(guò)度干燥的普遍存在。

例如，Bambu Lab建議將其PC燈絲放在75–85oC的強(qiáng)制通風(fēng)烤箱中干燥8小時(shí)，但建議將同一臺(tái)PC放在Bambu Lab打印機(jī)的加熱構(gòu)建室中以90–100oC的溫度干燥12小時(shí)。聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單。

但是如果你使用長(zhǎng)絲烘干機(jī)，比如PolyMaker的PolyDry，情況會(huì)怎樣？該機(jī)器不讓你設(shè)置溫度，而是有“功率等級(jí)”。PolyMaker建議在功率等級(jí)三下烘干任何PC長(zhǎng)絲，據(jù)稱(chēng)該等級(jí)低于70°C，持續(xù)六小時(shí)。但這比Bambu Lab建議的溫度要低，時(shí)間也短。

干燥儲(chǔ)存，避免過(guò)度干燥

圖7：通過(guò)一些簡(jiǎn)單的改造，將普通的谷物儲(chǔ)存容器變成長(zhǎng)絲干燥箱（來(lái)源：Modmike的終極無(wú)鉆干燥箱系統(tǒng)，通過(guò)Printables提供）

干燥的儲(chǔ)存箱或柜子是讓燈絲遠(yuǎn)離潮濕有害影響的最佳方式，但不要誤以為這些永遠(yuǎn)不會(huì)導(dǎo)致過(guò)度干燥。即使是干燥劑袋（如果使用足夠多的話(huà)）也會(huì)降低盒子中的水分含量，以至于損壞長(zhǎng)時(shí)間放置在那里的燈絲，盡管我們承認(rèn)這種情況很少見(jiàn)。

這就是為什么濕度指示器在任何燈絲存儲(chǔ)解決方案中都至關(guān)重要。只有通過(guò)監(jiān)測(cè)濕度水平，您才能知道您的存儲(chǔ)是否太潮或太干，或者您上次打開(kāi)盒子時(shí)可能沒(méi)有正確重新密封。濕度計(jì)（每個(gè)不到20美元）或顏色指示干燥劑包是確保存儲(chǔ)中濕度正確的簡(jiǎn)單方法。

在3D打印行業(yè)，有幾種單卷存儲(chǔ)解決方案，但如果您有數(shù)百卷，這些解決方案可能會(huì)很昂貴。

其他行業(yè)需要保持產(chǎn)品和材料的干燥，因此干燥柜已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了。專(zhuān)業(yè)攝影師長(zhǎng)期以來(lái)一直將相機(jī)存放在干燥柜中，而各種尺寸的干燥柜則用于存放印刷電路板、實(shí)驗(yàn)室樣品和電子產(chǎn)品。事實(shí)證明，其中許多干燥柜也非常適合3D打印燈絲。

編譯整理：ALL3DP