Fiberlogy i wygrzewanie wydruków

Filament PLA, będący obok ABSu jednym z najpopularniejszych tworzyw wykorzystywanych w niskobudżetowym druku 3D, ma jedną dość poważną wadę: jest mało odporny na wysoką temperaturę. Wykonane z niego modele już przy 60°C mogą zacząć się deformować, przez co do pewnych zastosowań tworzywo to zupełnie się nie nadaje. Dzisiejszy wpis poświęcę filamentowi Fiberlogy HD PLA, który po wygrzaniu w piekarniku, zyskuje większą odporność na temperaturę.

Zanim przejdę do samego filamentu Fiberlogy, kilka słów o tym, w jakich sytuacjach wydruki ze zwykłego PLA mogą ulec zniekształceniu. Jako że człowiek rzadko przebywa w miejscach o temperaturze dochodzącej do 60°C, wydawać by się mogło, że brak odporność filamentu na wyższą temperaturę nie powinien być szczególnie problematyczny. Jest jednak sporo sytuacji, gdzie lepiej żeby wydruki były bardziej odporne:

• Wydruki narażone na bezpośrednie działanie promieni słonecznych mogą osiągnąć dużo większą temperaturę niż ich otoczenie. Szczególnie w przypadku przedmiotów przechowywanych (lub pozostawionych) w samochodzie lub innych zamkniętych miejscach, gdzie temperatura może mocno wzrosnąć.
• Nagrzewanie od innych elementów, np. od układów elektronicznych w przypadku wydrukowanych obudów (lub np. części do drukarek 3D, znajdujących się w pobliżu hotendu czy grzanego stołu)
• Kontakt z gorącą wodą – np. w przypadku różnych akcesoriów kuchennych. O ile drukowanie kubków do napojów jest ogólnie średnim pomysłem (ze względu na długotrwały kontakt z żywnością) to np. w przypadku foremek do ciastek, podstawek pod naczynia czy innych akcesoriów trzeba pamiętać, żeby myć je wyłącznie w zimnej wodzie.
• Podczas obróbki mechanicznej (np. z wykorzystaniem szlifierki) elementy wydruków mocno się rozgrzewają, przez to tworzywo zamiast ścierania czy ścinania zaczyna się topić.

Poniższe zdjęcie przedstawia wydrukowaną zaślepkę do dachu samochodu, po pozostawieniu jej na słońcu. Jej górna powierzchnia w oryginalnie była płaska:

Rozwiązaniem problemu odporności na temperaturę może być druk z innego filamentu niż PLA, np. z ABSu. Jednak materiał ten (szczególnie w drukarkach bez zamkniętej komory roboczej), poza wydzielaniem niezbyt zdrowych oparów, sprawia sporo innych problemów. Ciekawym rozwiązaniem jest użycie Fiberlogy PLA HD: drukuje się z niego jak z normalnego PLA, jednak po odpowiedniej obróbce termicznej, modele zyskują odporność na temperaturę do 140°C.

Modele testowe

Na początek eksperymentów z filamentem Fiberlogy wykonałem 2 wydruki: kostki kalibracyjnej i modelu smoka. Kostkę kalibracyjną (w postaci drukowanego oddzielnie walca i prostopadłościanu z otworem, w który ten walec powinien się zmieścić) wykonałem w celu dobrania odpowiednich parametrów druku oraz upewnienia się, czy nie występują żadne dodatkowe problemy w przypadku mojego Prime’a:

Taką samą kostkę wykonałem też z żółtego PLA. Tuż po wydruku obydwie kostki miały identyczne wymiary – jak widać na poniższych zdjęciach:

Jeśli chodzi o smoka (Adalinda z Thingiverse), to wykorzystałem ten model ze względu na dość zróżnicowaną geometrię. Miejscami ścianki przedmiotu są grubsze, miejscami cieńsze, a całość (drukowana bez wsporników) ma sporo przewieszeń. W modelu występuje też sporo różnych detali.

Model w identycznej skali (czyli 60% w stosunku do oryginału), również z dodaną podstawką, wykonałem jakiś czas temu ze zwykłego, zielonego/ białego PLA. Poniżej widać obydwa przedmioty:

Sam proces druku nie sprawił najmniejszych problemów – istotne było jedynie dobranie odpowiedniej temperatury dyszy, trochę wyższej niż dla zwykłego PLA. W przypadku wybranych przeze mnie modeli odpowiednią temperaturą było 220°C. Oczywiście w zależności od prędkości druku czy średnicy otworu w dyszy może być potrzeba dobrania nieco wyższej lub niższej temperatury. Wszystkie wydruki wykonałem na podkładce Gamplate bez podgrzewania stołu.

Wygrzewanie

Zgodnie ze szczegółowymi informacjami od producenta, wydruki z filamentu Fiberlogy należy umieścić w piekarniku, rozgrzać go do temperatury 80°C i pozostawić z tą temperaturą na 15 minut. Wygrzewane modele nie powinny być umieszczone na metalowej kratce ani innych gorących elementach. Na potrzeby testu wykorzystałem drewnianą płytkę z wywierconymi otworami, ułatwiającymi obieg gorącego powietrza.

Ze względu na konieczność dokładnego utrzymywania stosunkowo niskiej temperatury wykorzystanie gazowego piekarnika raczej odpada. W przypadku elektrycznych piecyków producent dodatkowo zaleca wykorzystanie oddzielnego cyfrowego termometru z sondą, tak żeby mieć pewność co do temperatury panującej podczas wygrzewania. Nie dysponując niczym dokładniejszym sam zdałem się na wbudowany w piekarnik termostat oraz mały kuchenny termometr:

W przypadku kostki wydaje się, że udało mi się utrzymać temperaturę na odpowiednim poziomie przez cały okres wygrzewania. Po wyjęciu z piekarnika i ostudzeniu modelu okazało się, ze dolna powierzchnia kostki (grubości 0,6 mm) minimalnie się pofalowała. Cały przedmiot również zmniejszył swoje wymiary o ok. 3%, w związku z czym elementy wydruku przestały pasować z tymi wykonanymi z PLA:

Sprawa z wygrzewaniem smoka wyglądała trochę gorzej – jego stojące w górze skrzydła, mocno zwężające się w dolnej części, zaczęły po prostu opadać podczas wygrzewania. Widocznie nie bez powodu producent pisze, żeby wygrzewać wydruki z supportami (i ew. raftem). Pewne znaczenie mógł mieć też fakt, że na krótki okres czasu temperatura piekarnika wzrosła do ok. 87°C. Trudno powiedzieć, czy gdybym dokładniej trzymał się zalecanej temperatury, doszłoby to tego typu zniekształceń. Niemniej, warto zwrócić na to uwagę w przypadku wydruków z delikatnymi fragmentami.

Poza opadniętymi skrzydłami, w zauważalny sposób deformacji uległa też podstawa modelu (leżąca płasko na perforowanej, drewnianej płytce):

Testy odporności na temperaturę

Odporność wydruków przetestowałem przez zanurzenie ich w wodzie o temperaturze 100°C. Owy “test wrzątku” wykonałem zarówno dla smoka ze zwykłego PLA, jak i dla PLA Fiberlogy. Pierwszy z nich moczył się w (powoli stygnącej) wodzie przez ok. 3 i pół minuty, drugi – przez ponad 5 minut:

Smok ze zwykłego PLA ciężko przeżył próbę gorącej wody, mimo że spędził w niej mniej czasu:

W przypadku Fiberlogy, na wydruku nie pojawiły się żadne dodatkowe zniekształcenia (pomijając te powstałe wcześniej w piekarniku). Jak widać wcześniejsze wygrzanie materiału spełniło swoją rolę :)

Kilka słów podsumowania

Wykonanie 2 testów z filamentem Fiberlogy to trochę za mało, żeby mieć dobrze wyrobioną opinię na jego temat. Jednak jeśli chodzi o moje pierwsze wrażenia, to jest to raczej wymagający materiał. O ile sam druk jest prosty i przyjemny, to podczas wygrzewania istnieje ryzyko deformacji przynajmniej niektórych elementów modeli. Możliwe, że przy zachowaniu odpowiedniej ostrożności i użyciu odpowiedniego przyrządów (piekarnik precyzyjnie utrzymujący temperaturę, czy przynajmniej dodatkowy, dokładny termometr z sondą) wygrzewanie przebiegałoby bezpieczniej. Niemniej – w związku z tym, że na prawidłowe wygrzanie wydruku trzeba poświęcić trochę dodatkowej uwagi (a niekiedy zainwestować w odpowiedni sprzęt), myślę że Fiberlogy prędzej sprawdzi się w profesjonalnych niż w domowych zastosowaniach.