Cos'è l'effetto creep termico nelle stampanti 3D?

Heat creep è un termine comune usato nella stampa 3D per riferirsi al fenomeno della deformazione graduale dei filamenti causata da stress prolungato ad alte temperature. Durante il processo di stampa 3D, i filamenti subiscono diverse condizioni di temperatura di riscaldamento e raffreddamento, e il creep da calore può portare a problemi come cambiamenti dimensionali e resistenza ridotta della stampa finita, che possono influenzare la precisione e le prestazioni complessive del prodotto finito. Pertanto, comprendere e controllare il creep da calore è fondamentale per garantire la qualità e l'affidabilità delle parti stampate.

Cause principali

Il verificarsi dello scorrimento termico è correlato principalmente alla temperatura e alle proprietà del filamento.

Temperatura

Temperatura della camera

• Temperatura della camera : le stampanti 3D utilizzano un sistema di riscaldamento per mantenere la temperatura della camera per evitare un rapido raffreddamento e la deformazione dei filamenti durante la stampa. La temperatura corretta della camera garantisce la stabilità dei filamenti durante la stampa, ma se la temperatura della camera è troppo alta, potrebbe causare l'ammorbidimento dei filamenti durante la stampa, il che aumenta il rischio di creep termico.
• Temperatura del piano riscaldato : nella stampa 3D, il piano riscaldato viene solitamente riscaldato a una certa temperatura per aumentare l'adesione dei filamenti durante la stampa e ridurre il restringimento causato dal raffreddamento. Tuttavia, se la temperatura del piano riscaldato è troppo alta, può verificarsi un creep termico sul fondo durante il raffreddamento.

Temperatura esterna

• Stagioni : nella calda estate, anche se il sistema di controllo della temperatura interna della stampante funziona correttamente, l'alta temperatura esterna può causare un maggiore ammorbidimento dei filamenti nell'area riscaldata, innescando il creep termico. Ciò rende i filamenti più morbidi e deformabili e non scorrono bene all'interno dell'estrusore, aumentando il rischio di intasamento dell'estrusore. Allo stesso tempo, temperature eccessivamente basse in inverno possono causare una grande differenza tra la temperatura della camera e l'ambiente esterno, influenzando la velocità di raffreddamento delle stampe. I filamenti possono raffreddarsi troppo rapidamente durante la stampa, il che può portare a un restringimento irregolare dei filamenti, creando concentrazioni di stress e aumentando il rischio di creep termico.
• Controllo della temperatura nel processo di post-stampa : il processo di post-stampa (ad esempio trattamento termico e ricottura) viene solitamente eseguito in dispositivi riscaldati esternamente (ad esempio forni, fornaci o dispositivi di trattamento termico) ed è progettato per migliorare le prestazioni dei filamenti. Durante questo processo, la stampa è esposta a temperature relativamente elevate. Di conseguenza, la mancanza di una fase di raffreddamento o stabilizzazione adeguata nel processo di post-stampa può ulteriormente esacerbare il fenomeno dello scorrimento termico nei filamenti.

Proprietà del filamento

La temperatura di rammollimento ( o temperatura di distorsione termica ) è la temperatura alla quale un filamento inizia ad ammorbidirsi e a perdere la sua forma originale quando riscaldato a una certa temperatura. Influisce direttamente sul comportamento di scorrimento dei filamenti in un ambiente ad alta temperatura.

• I filamenti con basse temperature di rammollimento sono più suscettibili allo scorrimento da calore. Poiché tali filamenti diventano morbidi o iniziano a perdere la loro forma originale a temperature relativamente basse, è più probabile che si deformino plasticamente ad alte temperature, con conseguente aumento del rischio di scorrimento da calore. Ad esempio, le temperature di rammollimento di PLA, PVA e TPU sono inferiori a 60 °C e possono deformarsi, piegarsi o piegarsi ad alte temperature.
• Al contrario, i filamenti con temperature di rammollimento più elevate sono meno suscettibili allo scorrimento da calore e mantengono una buona rigidità e stabilità di forma ad alte temperature, con conseguente rischio inferiore di scorrimento da calore a temperature relativamente elevate. Ad esempio, PA e PC, con temperature di rammollimento superiori a 150°C, mantengono una buona rigidità e stabilità di forma ad alte temperature e hanno un rischio molto basso di scorrimento da calore.

Problemi comuni

Registrazione dell'estrusore e dell'hotend

Il creep termico fa sì che i filamenti diventino più morbidi e fluidi a temperature più elevate, il che tende ad accumularsi o depositarsi all'interno dell'ugello e dell'area riscaldata, con conseguente diametro interno dell'ugello più grossolano o completamente ostruito. Allo stesso tempo, i depositi causati dal creep termico possono anche causare l'intasamento dei canali dell'hotend. Questi accumuli e depositi impediscono il normale flusso dei filamenti, il che può portare a problemi di intasamento dell'estrusore e dell'hotend.

Qualità di stampa ridotta

A causa del creep termico, i filamenti diventano più morbidi e fluidi ad alte temperature. I filamenti ammorbiditi non si polimerizzano efficacemente durante la stampa, con conseguente indebolimento dell'adesione tra gli strati e formazione di vuoti o fori. Allo stesso tempo, l'espansione e la deformazione causate dal creep termico determinano una struttura interna irregolare della parte stampata, che ne compromette l'integrità e la resistenza e riduce la qualità di stampa complessiva.

Come evitare l'effetto creep da calore?

Come evitare l'intasamento dell'estrusore/ugello dovuto all'ammorbidimento dei filamenti causato dal creep termico?

• Aprire lo sportello e rimuovere il coperchio : quando si stampano filamenti con basse temperature di rammollimento (come PLA, PVA e TPU), aprire lo sportello anteriore o rimuovere il coperchio superiore moderatamente per aiutare ad abbassare la temperatura della camera e raffreddare i filamenti. In particolare, aprire temporaneamente lo sportello o il coperchio può essere una soluzione a breve termine quando si osserva un rammollimento eccessivo dei filamenti o altri problemi durante la stampa.
• Assicurare che la temperatura ambiente di stampa rimanga stabile : drastiche fluttuazioni di temperatura possono portare a un raffreddamento non uniforme delle stampe durante la stampa, il che aumenta il rischio di scorrimento del calore. In generale, la temperatura ambiente di stampa dovrebbe essere mantenuta tra 20°C e 25°C. A questo scopo, è possibile utilizzare condizionatori d'aria, riscaldatori o sensori della temperatura ambiente per monitorare e regolare la temperatura interna per garantire che venga mantenuta entro l'intervallo appropriato.

Come evitare l'effetto creep termico (ad esempio, raffreddamento troppo rapido dovuto a grandi differenze nella temperatura ambiente, raffreddamento non uniforme, ecc.) che porta alla deformazione del modello?

• Creare un ambiente di stampa chiuso : quando si stampano filamenti con alte temperature di rammollimento (ad esempio PA e PC), si consiglia di mantenere un ambiente chiuso per mantenere la temperatura stabile, evitando creep e deformazioni dovute a temperature non uniformi. Si consiglia di impostare sempre la temperatura della camera almeno 10°C in meno rispetto alle temperature di rammollimento dei filamenti.
• Selezionare la temperatura del letto riscaldato appropriata : impostare la temperatura in base all'intervallo di temperatura del letto riscaldato consigliato per i filamenti utilizzati. Impostare la temperatura del letto riscaldato corretta migliora l'adesione tra i filamenti e il letto riscaldato e riduce la deformazione e il restringimento causati dal raffreddamento non uniforme durante la stampa. In particolare quando si stampano filamenti con basse temperature di rammollimento, temperature eccessive del letto riscaldato possono causare creep termico e pertanto devono essere mantenute nell'intervallo consigliato.
• Rallentare la velocità di raffreddamento : nelle apparecchiature di trattamento termico (ad esempio forni, fornaci o dispositivi di trattamento termico), ridurre gradualmente la temperatura di riscaldamento (ad esempio di 5°C all'ora). Questa riduzione graduale aiuta i filamenti ad adattarsi al cambiamento di temperatura e riduce la possibilità di scorrimento termico. Inoltre, per garantire un tempo di raffreddamento adeguato, evitare di rimuovere le stampe immediatamente dopo il trattamento termico in modo che i filamenti possano stabilizzarsi a una temperatura inferiore.
• Temperatura di essicamento appropriata : durante il processo di essicamento, assicurarsi che la temperatura sia impostata entro l'intervallo appropriato per i filamenti. Temperature eccessive possono causare un eccessivo ammorbidimento dei filamenti, aumentando così il rischio di scorrimento termico. Attenersi alle temperature di esssicamento consigliate per ciascun tipo di filamento.

Altre considerazioni

• Per aiutarti ulteriormente nella scelta dei filamenti più adatti e nell'ottimizzazione dell'ambiente di stampa, consulta la guida ai filamenti nel nostro blog per maggiori informazioni sui filamenti, che ti aiuteranno a evitare più efficacemente lo slittamento dovuto al calore.
• Quando si stampano filamenti con basse temperature di rammollimento, se la temperatura ambiente è estremamente bassa (ad esempio, 5°C-10°C), è possibile chiudere lo sportello anteriore e installare il coperchio superiore per aumentare la temperatura della camera, il che può anche impedire la deformazione. Se l'estrusore o l'hotend si intasano ancora dopo aver seguito questa procedura, aprire leggermente lo sportello anteriore consente all'aria calda interna di circolare con l'aria esterna più fredda, il che aiuta ad abbassare la temperatura della camera e a stabilizzare la distribuzione della temperatura, riducendo così l'intasamento causato dal surriscaldamento o dal calore non uniforme.
• Si consiglia di controllare regolarmente gli elementi riscaldanti e il sistema di raffreddamento della stampante per assicurarsi che funzionino correttamente. Ciò aiuta a prevenire il creep termico causato da guasti alle apparecchiature e garantisce la qualità e la coerenza delle stampe.

Fonte: Bambu Lab Wiki