…jak ji přestat nenávidět
Poslední článek Skutečné náklady na 3D tisk se u vás setkal s nebývalou přízní. Rozhodl jsem se, že ještě jednou píchnu do vosího hnízda a otevřu Pandořinu skříňku každého začínajícího tiskaře – “první vrstvu”. A zase to bude dlouhé.
Začnu opět otázkou. Taky pravidelně zažíváte ten pocit, kdy se vytiskne správně první vrstva a vy si oddychnete? A nebo naoak už podesáte kalibrujete podložku, odmašťujete, nanášíte lepidla, vzýváte všechny 3D-bohy a první vrstva stále vypadá, jak Skalisté hory po náletu? A když už si myslíte, že vše je správné, tak se v průběhu tisku začne odlupovat rožek nebo to rovnou lupne a výtisk si z podložky udělá bruslařskou dráhu. Tak to pojďme spolu napravit a vnesme klid do duše tiskařovy.
Nejdříve se spolu podíváme na důsledky nesprávné první vrstvy, ve a druhém sledu na všechno, co ovlivňuje kvalitu první vrstvy a nakonec to zkusíme napravit.
Proč právě první vrstva?
Jak se zmiňuji v úvodu, spoustu tiskařů si oddychne, když se správně vytiskne první vrsva. A také pro jistotu celý průběh bedlivě sledují, na poslední chvíli korigují, co se ještě korigovat dá (o tom se podrobně rozepíši dále) a v duchu přeříkávají drobné modlitbičky. Proč je první vrstva tak důležitá?
Drží výtisk na podložce
Tak jako loď v přístavu potřebuje kotvu, tak výtisk potřebuje přilnout ke své podložce. Od začátku tisku, až po posledního plivnutí trysky. A v ideálním případě by měla po dokončení tisku dát podložce sbohem a s jemným lupnutím vklouznout do náruče boha-zhotovitele. Kotvou je zde fyzikální jev zvaný adheze.
Pojďme se na to podívat z hlediska fyziky. Na podložce postupně vzniká nový výrobek a je nezbytně nutné, aby po celou dobu tisku byla pozice tohoto výtisku vůči podložce neměnná. To zajišťují adhezní síly mezi povrchem podložky a materiálem, ze kterého tiskneme. Naším úkolem je zajistit takovou míru adheze, aby:
- v průběhu tisku výrobek dokonale přilnul
- po ukončení tisku šel z podložky snadnou odejmout
- zajištění přilnavosti bylo energeticky přijatelné
- příprava na tisk byla časově nenáročná a poměrně laciná
V příspěvku se budeme postupně věnovat všem aspektům. Pokud jste hobík, pak jsou pro vás důležité především první dva body. N, někdo preferuje jen první bod. Vždycky to nějak sloupnu nebo odseknu. U sériové výroby nastupuje i problematika co nejekonomičtějších nákladů, jak časových, tak materiálových a energetických.
Krása na prvním místě, funkčnost taky
První vrstva je vidět. U některých výrobků se jedná o pohledovou část a my potřebujeme, aby byla co nejhezčí. Strukturu můžeme určit typem podložky – sklo udělá nádherný lesklý a hladký povrch, naproti tomu strukturovaná podložka zajistí zajímavý reliéfní povrch. To záleží čistě na nás.
První vrstva je funkční. Často musíme zajistit, aby vrstva, která bude kontaktní byla buď dokonale hladká, protože bude zajišťovat vzájemný pohyb součástí, nebo naopak potřebujete zdrsnění, které zajistí nevyklouzávání předmětu z ruky, atd.
V obou případech je žádoucí, aby celý povrch byl jednolitý. Pokud je podložka nerovná, špatně zkalibrovaná nebo nerovnoměrně očištěná, pak docílíme akorát povrchu, který je škaredý na pohled a nebude splňovat výše uvedené estetické a funkční kritéria.
Proč se to odtrhává?
Jak už jsme si řekli, může za to především nízká vzájemná adheze materiálu a podložky. Pro zvýšení této vzájemné adheze musíme odstranit vše, co tomu brání (nečistoty, mastnota) a přidat něco, co adhezi podporuje (lepidlo, speciální roztoky, vyšší teplota).
Druhým vlivem je velká závislot teploty na roztažnost materiálu, resp. rozdílné teploty v různých vrstvách výtisku. Vysvětleme si proč. První vrstvy výtisku jsou dostatečně ohřívány podložkou. Prostřední vrstvy se stihly ochladit a horní vrstva je teplá, protože se právě tiskne. To znamená, že horní vrstvy, které se aktuálně tisknou, jsou zahřáty na teplotu kolem 200° C a tuto teplotu rychle snižují. Pokud tedy tiskneme materiál, který má velkou roztažnost, jako například ABS, tak prostřední vytištné vrstvy mají velkou tendenci se na studenějším vzduchu smršťovat, strhávat s sebou spodní vrstvy a tím pádem se odtrhávat od podložky.
Nádherně tento vliv roztažnosti vidíme, když tiskneme běžné ABS. Pokud se nám to už stane a urve se nějaký rožek, vidíme, jak se prostřední vrstvy smrští a vytáhnou celý rožek od podložky. A s každou nově vytisknutou vrstvou vzdálenost roste a může bý i přes jeden centimetr. A stejná situace nastane, když je teplota okolního vzduchu nízká a výrobek se nadměrně ochlazuje. Na podložce sice výtisk vydrží, ale prostřední vrstvy se v tomto chladném vzduchu natolik ochladí a smrští, že nevydrží vzájemná soudržnost jednotlivých vrstev a výtisk to doslova rozerve. Vrstvy se rozlepí a tisk končí v odpadu. Dá se tomu zabránit? Dá a v následujícím textu si ukážeme, jak na to.
Co má vliv na přilnavost?
Mám pro vás velmi dobrou zprávu. Toto jsou všechno vlastnosti, které můžete ovlivnit, abyste dosáhli toho, že výtisk bude na podložce držet přesně tou silou, kterou potřebujete.
- druh materiálu
- teplota podložky
- teplota materiálu
- teplota okolí – udržování teploty vs. chlazení
- ochlazování místa tisku pod tryskou
- typ povrchu podložky
- čistota podložky
- rovnost podložky
- typ naseseného přípravku pro zvýšení přilnavosti
- vzdálenost trysky (osa Z, kalibrace první vrstvy)
- velikost trysky
- množství vytlačovaného materiálu
- rychlost tisku
- správné umístění přívodu chladícího vzduch
- rozdílné parametry pro první vrstvu a zbytek tisku
- tvar a velikost výtisku
- šířka límce (brim)
- podložka pod výrobek (raft)
- speciální techniky (spojování)
Je toho požehnaně, co? Máme tedy neuvěřitelně velký prostor pro laborování, zkoušení, testování a zároveň velký předpoklad, že to nějak dáme. Nyní si probereme do důsledků jednotlivé požadavky. Tak pojďme na to.
Druh materiálu
Plasty jako PLA jsou velmi vděčným materiálem s ohledem na přilnavost. V krajním případě při tisku na sklo očištěné Isopropylalkoholem (IPA) bude krásně držet bez jakýchkoliv dalších přípravků a po ukončení tisku a ochlazení podložky “lup” a výtisk máte v dlani. Horší je to s výtisky z ABS. Zde si už nevystačíte s čistotou, ale musíte použít přípravky na přilnavost (např. ABS juice) a vyšší teploty podložky. FLEX na tom bude ještě hůře a pro HIPS a NYLON budete muset použít lepidlo. Jak moc drží jaký materiál zjistíte z konkrétní technické specifikace dodávané s materiálem. Nebo si to prostě někde přečtete nebo vyzkoušíte. Podrobnosti k materiálům najdete v příspěvku Přehled základních materiálů, který průběžně aktualizuji.
Teplota podložky
Se zvyšující teplotou se výrazně zvyšuje přilnavost materiálu k podložce. Tekutější materiál – hodně zjednodušeno – má lepší schonost adheze. Podložka je po celou dobu tisku vyhřívána a adheze je stále stejná. Po dokončení tisku se vyhřívání podložky vypne a spodní vrstvy podložky se začnou ochlazovat. To s sebou nese dva důsledky. První te ten, že se sníží výše zmíněná adhezní síla. A druhý je méně zřejmý, ale zajímavější. Výrobek se ve spodní vrstvě začne smršťovat a touží zaujmout menší rozměr (lépe řečeno styčnou plochu), než v zahřátém stavu. Síly jsou natolik velké, že v krajním (pro nás příznivém) stavu, síly smrštění překročí síly způsobující adhezi a ve výtisku to krásně tiše lupne a ten se od podložky oddělí.
Jak už jsem se zmínil v článku Skutečné náklady na 3D tisk, může se stát, že vaše tiskárna disponuje šetřícím režimem, ten po několika prvních vrstvách vypne topení podložky a výtisk se odtrhne v průběhu tisku. To proto, že jste šetřící režim použili na materiál, který má velkou roztažnost nebo jste výtisk málo “přilepili”. U velkých výtisků si tento režim raději vypněte nebo si ho důkladně vyzkoušejte.
Teplota materiálu
Čistota podložky
Zapomeňte na připravky jako jsou Jar nebo Pur, či jiná kuchyňská “odmašťovadla”. Bohužel obsahují látky, které sice odmašťují, ale také zároveň obsahují chemikálie, které sice zvláční ruce a činní je hebkými, ale rozhodně nepřispějí ke zvýšení přilnavosti. Použít líh je daleko lepší, ale když už vybavujete svoji 3D laboratoř, pak jednoznačně šáhněte pro isopropylalkoholu (zkratka IPA).
Důležité upozornění: Pokud nepoužíváte sklo nebo zrcadlo, vždy si před použitím jakéhokoliv přípravku na očištění podložky zjistěte, zda látka nepoškodí povrch.
Jak má vypadat první vrstva?
Onehdá jsem zabrousil do facebookové skupina svářečů a objevil jsem jednu zajímavou podobnost – svářeči si neustále porovnávají dokonalost tvaru svaru (housenky) a i tiskaři mají touhu porovnávat si vzájemně dokonalost první vrstvy. Takže? Jak má taková dokonalá vrstva vypadat?