如何避免過度干燥3D打印線材?

魔猴君  知識堂   13天前

過度干燥（無論是溫度不合適、時間過長還是過于頻繁）都會破壞某些聚合物的分子結構。這會對強度、層附著力產生負面影響，并導致脆性。使用過度干燥的線材打印也非常困難，因為線材本身可能會斷裂、擠出不均勻，并且任何打印件都可能出現表面開裂。

通過本文，魔猴網將和大家一起探討，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：使用過濕的長絲進行3D打印的典型癥狀（例如此處顯示的拉絲）與使用過干的長絲進行3D打印時發現的缺陷非常相似（來源：Daniel DeNeve通過All3DP）

您可能已經熟悉濕絲產生的問題，例如擠出時發出爆裂聲或破裂聲；嚴重的拉絲、結塊或滲出；打印件表面紋理異?；?/span>“模糊”；以及擠出線不均勻。不太明顯的是部件強度和層附著力的降低。

濕的燈絲摸起來可能很柔韌，甚至會有發霉的氣味，或者顏色褪色。

另一方面，當細絲太干時，也會產生同樣負面的結果和類似的特性。您可能會注意到層粘合性差或表面粗糙。易碎的細絲在處理過程中很容易折斷或斷裂，并且由于細絲流動特性的變化，還可能出現拉絲、起泡或其他擠壓問題。

干燥的細絲可能感覺很脆，容易破裂或斷裂，并且可能會粘在線軸上。

由于太濕和太干的燈絲具有一些共同的特征，那么如何區分它們呢？

判斷方法之一是測量線材的重量。當材料吸水后，重量會更大。然而，測量重量并不像聽起來那么容易。1公斤的線軸重量并不精確為1,000克；還有線軸的重量，以及纏繞在每個線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：干燥前后稱量燈絲，以確認水分已被去除（來源：reddit用戶JnaCer）

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

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（價格低于30美元，隨處可見）。如果濕度指示器顯示袋中的相對濕度高于40%，則燈絲很可能是濕的。

由于無法快速確定您的細絲中已經含有多少水分，因此最好的方法似乎是在使用前將其干燥。事實上，許多材料生產商都建議對多種類型的聚合物細絲（例如尼龍）進行干燥。

但是，干燥已經干燥的燈絲可能會產生后果，具體取決于材料和干燥過程。但需要明確的是，只要嚴格遵循制造商的干燥建議，大多數聚合物類型都可以反復干燥而不會造成損壞。干燥通常出錯的地方是使用錯誤的溫度（太高）并反復讓燈絲吸收水分然后干燥。

干還是不干？

圖3：SunLu和GratKit的長絲烘干機展示了它們如何加熱并排出長絲中的水分（來源：Sunlu、GratKit）

如果您經常閱讀3D打印論壇，那么您會遇到兩種人：一種人從未干燥過他們的線材，也沒有遇到任何問題，也不了解干燥的麻煩是什么；另一種人每次使用前都會認真的干燥他們的線材。

重點是，如果您打印的部件的層附著力、強度和表面質量讓您滿意，請繼續做您正在做的事情。但是，如果您沒有獲得預期的質量，問題（通常）在于您的燈絲狀況。

如果您為自己的企業或作為企業使用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。

什么時候應該擦干？

在理想情況下，保持線材處于最佳狀態的最佳方法是避免干燥，尤其是用熱風。“應該”沒有理由干燥裝在密封袋中的全新線材。據推測，這種材料是在合適的環境中制造和包裝的。但情況并非總是如此。事實上，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Prusa線材工廠，那里是最先進的，所以干燥建議可能只是預防措施。）

這就引出了一個事實：所有聚合物對水分的反應都不相同。有些聚合物細絲（如PLA）可能永遠不需要干燥，而其他聚合物細絲（如尼龍）則會迅速吸收環境中的水分。

它是吸濕的，不是吸水性的

您可能聽說過“吸濕性”這個術語，它與聚合物分子結構如何吸收水分有關，例如高度吸濕。幸運的是，這個特性是可以測量的，它是了解您的長絲的一個有用數據點。

有多種方法可以測量聚合物的這一特性，但當談到3D打印長絲時，您可能會看到制造商提到“吸濕率”（MAR）-盡管它不是材料數據表上的標準測量值。

MAR通常表示為在受控的溫度和相對濕度條件下（通常為50%），在潮濕環境中暴露特定時間（通常為24至48小時）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絲的重量會增加多少。

圖4：拉絲可能是由于線材太濕或太干造成的（來源：reddit用戶NotSloth1204）

不要過分重視官方MAR測試中使用的24到48小時測量。這并不意味著將燈絲放在外面六個小時甚至一個小時就可以了。吸濕率直接受環境相對濕度的影響。較高的濕度和溫度會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間越長，其吸收的水分就越多，直至達到飽和點，這也稱為水分平衡或平衡水分含量(EMC)。

每種材料都有獨特的水分平衡點，即材料無法再吸收水分，完全“濕潤”的點。對于像PLA這樣的材料，這種平衡點低于1%（按重量計算），“一般來說，低于1%的水分都可以忽略不計”，材料制造商PolyMaker的Luke Taylor說道。“這就是PLA如此友好的原因，你可以將線軸放在打印機上幾個月，它仍然完好無損?！?/span>

圖5：長絲制造商PolyMaker為每種材料提供了吸濕曲線圖，標明了材料暴露在潮濕環境中多長時間才會出現問題（來源：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，細絲中的水分太多，當它在熱端熔化時（打印溫度約為270°C），水分會沸騰并向外破裂?！斑@會破壞表面質量、層粘合性，并使打印件變得粘稠，”泰勒說?！癙VA的情況更糟，平衡值超過10%時就會達到平衡，而且眾所周知，在潮濕的環境中無法打印?！?/span>

為什么你應該關心你的長絲的MAR和平衡？雖然我們在下面列出了12種聚合物的典型范圍，但最好在你的長絲品牌上尋找這些測量值（如果提供的話），以準確了解你的長絲的吸濕性。

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

查找這些數據的另一個原因是在購買之前對類似的長絲進行比較。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，這對于始終需要手頭有干燥材料的大批量打印操作來說是一個強大的賣點。

PolyMaker為每根細絲提供了一張“吸濕曲線”圖表（見上文），該圖表表明在材料變得太濕而無法打印之前可以將其放置多長時間，泰勒說，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，而PLA吸濕性不強。如果儲存得當，您可能永遠不需要干燥PLA，但可能經常需要干燥尼龍，甚至在干燥箱中使用它進行打印。

如何正確干燥細絲

圖6：Apium F300長絲干燥機的精確溫度控制（來源：Apium）

“當水分被吸收到長絲中時，它不像海綿中的水那樣可以輕易擠出，”PolyMaker的Taylor指出。“水分子在聚合物鏈上形成極性鍵，并充當增塑劑，降低拉伸強度和剛度，同時增加韌性和伸長率。因此，干燥長絲需要相當長的時間，因為熱量需要時間來破壞極性鍵并蒸發掉長絲中的水分?！?/span>

這是所有長絲干燥的目標，但如何實現則有多種形式。

干燥細絲的方法有很多種，比如細絲烘干機、烤箱、脫水機等，每種方法都有各自的特點，可能會讓人感到困惑。事實上，一般來說，干燥細絲的方法缺乏明確的指導方針，這可以歸咎于過度干燥的普遍存在。

例如，Bambu Lab建議將其PC燈絲放在75–85oC的強制通風烤箱中干燥8小時，但建議將同一臺PC放在Bambu Lab打印機的加熱構建室中以90–100oC的溫度干燥12小時。聽起來很簡單。

但是如果你使用長絲烘干機，比如PolyMaker的PolyDry，情況會怎樣？該機器不讓你設置溫度，而是有“功率等級”。PolyMaker建議在功率等級三下烘干任何PC長絲，據稱該等級低于70°C，持續六小時。但這比Bambu Lab建議的溫度要低，時間也短。

干燥儲存，避免過度干燥

圖7：通過一些簡單的改造，將普通的谷物儲存容器變成長絲干燥箱（來源：Modmike的終極無鉆干燥箱系統，通過Printables提供）

干燥的儲存箱或柜子是讓燈絲遠離潮濕有害影響的最佳方式，但不要誤以為這些永遠不會導致過度干燥。即使是干燥劑袋（如果使用足夠多的話）也會降低盒子中的水分含量，以至于損壞長時間放置在那里的燈絲，盡管我們承認這種情況很少見。

這就是為什么濕度指示器在任何燈絲存儲解決方案中都至關重要。只有通過監測濕度水平，您才能知道您的存儲是否太潮或太干，或者您上次打開盒子時可能沒有正確重新密封。濕度計（每個不到20美元）或顏色指示干燥劑包是確保存儲中濕度正確的簡單方法。

在3D打印行業，有幾種單卷存儲解決方案，但如果您有數百卷，這些解決方案可能會很昂貴。

其他行業需要保持產品和材料的干燥，因此干燥柜已經存在很長時間了。專業攝影師長期以來一直將相機存放在干燥柜中，而各種尺寸的干燥柜則用于存放印刷電路板、實驗室樣品和電子產品。事實證明，其中許多干燥柜也非常適合3D打印燈絲。

編譯整理：ALL3DP