如何解決3D打印熱蠕變問題？

魔猴君  知識堂   217天前

3D打印過程中大家會遇到很多挑戰(zhàn)，特別麻煩的是熱端，因為那里可能會出現(xiàn)很多問題。整個熱端組件由幾個主要部件組成，其中加熱器塊和噴嘴是線材熔化的唯一地方，因此，該區(qū)域被稱為“熔化區(qū)”。

如果線材在組件中的其他地方熔化，那么您就會開始遇到一些問題。熱量漂移到熔化區(qū)之外稱為“熱蠕變”，它可能導(dǎo)致堵塞、堵塞或擠出不足等問題。在本文中，魔猴網(wǎng)將向您詳細(xì)介紹什么是熱蠕變及其原因。我們還將提供一些解決方案以及幫助解決此問題的提示和技巧。

一、熱蠕變到底是什么？

熱蠕變可以看作線材末端的氣泡（來源：ace-krystal）

正如我們上面所說，熱蠕變是熱端的加熱運動，導(dǎo)致線材在熔化區(qū)之前過早熔化。了解熱端的解剖結(jié)構(gòu)會很有幫助。一般來說，其主要組成部分包括以下幾個部分（從上到下）：

進料管：對于Bowden擠出機，PTFE管將進料至打印頭。一些直接擠出機包括PTFE襯里，長絲通過該襯里被送入熱端。

斷熱器和散熱器：斷熱器是一根螺紋金屬管，其上部螺紋連接至散熱器，下部螺紋連接至加熱器塊。散熱器與風(fēng)扇相結(jié)合，對熱斷路的上部進行冷卻。

加熱器塊：這就是事情變熱的地方！加熱器盒加熱模塊，熱敏電阻用于溫度測量。

噴嘴：熱端組件的最后也是最明顯的部分，噴嘴也由加熱器塊加熱。熔化的細(xì)絲聚集在其內(nèi)部，然后被擠出到構(gòu)建表面上。

因此，如果斷熱器和散熱器的溫度升高，線材會在那里熔化并可能積聚，從而堵塞熱端。這與簡單的噴嘴堵塞不同，后者發(fā)生在組件的下方，并且可以通過幾種不同的方式解決。

即使您的打印機仍在擠出耗材，熱蠕變?nèi)匀粫?dǎo)致擠出問題。當(dāng)您的3D打印零件看起來只是半完整且頂部模糊時（如上圖所示），您可以看到熱蠕變的證據(jù)。當(dāng)您將線材拉出并發(fā)現(xiàn)有氣泡時，也可以在線材上看到熱蠕變的跡象。

最后，值得注意的是，當(dāng)打印低打印溫度的線材（例如PLA）時，熱蠕變的后果尤其明顯。由于它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，如果斷熱器和散熱器的溫度升高，它們更有可能軟化和熔化。

二、原因

使用過高的溫度可能會導(dǎo)致熱蠕變（來源：sampletext1111）

在我們研究不同的解決方案之前，讓我們考慮一下可能導(dǎo)致熱蠕變的原因。此列表并不詳盡，但代表了主要原因：

熱端風(fēng)扇冷卻不夠：如果您的熱端風(fēng)扇未打開或運行速度不夠快，則表明散熱器的冷卻不足。如果沒有任何冷卻來散熱，很可能會發(fā)生熱蠕變。

熱端太熱：如果熱端太熱，可能會導(dǎo)致熱蠕變。這是因為加熱器塊越熱，產(chǎn)生的熱量就越多，任何多余的熱量都可能流向不需要的位置。

熱端設(shè)計：并非所有熱端都具有相同的處理熱量的能力。由于沒有PTFE襯里，熱量可能更容易在全金屬熱端中傳播，特別是在其他因素導(dǎo)致過多熱量積聚的情況下。另外，請注意質(zhì)量較低的熱端，因為它們使熱量更容易穿過組件。

其中任何一個問題都可能導(dǎo)致熱蠕變。所有這些加起來都會造成同樣的后果，而且也許會加劇問題。因此，考慮所有可能性很重要，因為處理一種可能的原因可能不足以解決問題?，F(xiàn)在我們知道了熱蠕變發(fā)生的主要原因，讓我們來看看解決方案吧！

三、解決方案

一些制造商已經(jīng)采取極端措施來防止熱蔓延（來源：sky_meow，來自Reddit）

如果懷疑您的打印機正在遭受這種情況，那么您的熱端可能已堵塞或卡??？假設(shè)您能夠成功清除該問題并且準(zhǔn)備好再次開始打印，那么您需要在開始修改打印設(shè)置之前進行一些檢查。

熱端風(fēng)扇必不可少

如果由于某種原因，您在沒有熱端風(fēng)扇的情況下進行打印，那就是您的問題了！它的主要作用是調(diào)節(jié)熱端的熱量，如果沒有它，熱量就會蔓延。

因此，如果您已拔下風(fēng)扇插頭，請將其重新插上。如果您沒有風(fēng)扇，請在散熱器周圍的某處添加一個小型4020風(fēng)扇（40 x 20毫米），最好連接到散熱器或向散熱器吹風(fēng)。確保正確安裝，以免風(fēng)扇向后。

有些制造商甚至安裝了兩個風(fēng)扇。Noctua和CUI Devices提供有效的熱端風(fēng)扇，但還有其他選擇。

PTFE管/襯里已正確插入

如果您的熱端有PTFE襯里或直接插入PTFE管，請確保其正確插入熱端。根據(jù)您所擁有的熱端類型，這可能看起來有點不同。例如，對于MK10熱端，管子或襯管應(yīng)與噴嘴齊平。

襯管的正確位置取決于熱端的設(shè)計（來源：3D Maker Noob via YouTube）

對于V6型熱端，管道或襯里應(yīng)與熱斷口齊平，熱斷口位于熱端組件的較高位置。3D Maker Noob的視頻說明了其中的差異。檢查PTFE管或襯里的正確位置適合您擁有的任何類型的熱端，然后確保您的打印機也是如此。

如果您發(fā)現(xiàn)PTFE管的末端以任何方式變形或燒毀，最好將末端切掉一點，使其與熱端應(yīng)接觸的位置齊平。

清潔您的熱端組件和風(fēng)扇

即使您已經(jīng)清除了熱端堵塞的線材，您仍需要確保對整個組件進行一些薄層色譜檢查。使用濕的超細(xì)纖維布或酒精布，趁熱（正常打印溫度）擦拭熱端組件的外部和內(nèi)部。不過，請務(wù)必小心，否則正如一位Discord用戶所說，熱端會“熱蠕動”你的手指。

每隔幾次打印就執(zhí)行此操作很重要，因為灰塵和其他顆粒會限制散熱器的散熱能力。此外，骯臟的熱端組件可能會導(dǎo)致更多問題，而不僅僅是熱蠕變。

當(dāng)您這樣做時，您還需要清潔熱端風(fēng)扇。骯臟的風(fēng)扇可能會移動得更慢，并且對熱端組件的冷卻影響較小。因此，偶爾用濕的超細(xì)纖維或酒精布輕輕擦拭風(fēng)扇的底部和頂部來清潔風(fēng)扇。

現(xiàn)在，如果您已完成所有這些檢查，但仍然遇到與熱蠕變相關(guān)的問題，以下是一些緩解（如果不能消除）熱蠕變的解決方案。

解決方案1：提高風(fēng)扇速度

Noctua風(fēng)扇非常適合冷卻您的熱端，而且非常安靜（來源：BreadisGodbh，來自Reddit）

您可能需要提高風(fēng)扇速度。速度需要足夠快，以散發(fā)散熱器中的熱量，這樣線材就不會提前熔化。

首先，您應(yīng)該將風(fēng)扇設(shè)置為100%速度并確保熱蠕變停止發(fā)生。之后，如果您遇到翹曲、破裂或其他與冷卻相關(guān)的打印問題，請以10%的增量降低速度。

解決方案2：減少環(huán)境熱量

也許這里太熱了（來源：Splemsby via Printables）

熱端風(fēng)扇只有將較冷的空氣吹到散熱器上才能有效散熱。如果打印機周圍的環(huán)境熱量非常高，風(fēng)扇將主要向散熱器吹熱空氣。因此，您需要降低打印機周圍的環(huán)境熱量。

由于將打印機放入冰箱沒有任何幫助，因此首先將切片機中的打印床溫度降低5到10度。這將有助于減少上升到擠出機的熱量。

如果您使用外殼進行打印，則可能需要打開外殼的門以降低內(nèi)部溫度-特別是當(dāng)您使用對溫度波動不那么敏感的耗材進行打印時。

如果是夏季或者您只是身處世界炎熱的地區(qū)，則打印地點的室溫較高可能會出現(xiàn)問題。例如，BCN3D建議打印PLA時的室溫在15°C到30°C之間，而AnkerMake將其范圍縮小到20°C到25°C。因此，如果工作空間的環(huán)境溫度太熱，您可能需要打開空調(diào)或?qū)⒋蛴∞D(zhuǎn)移到?jīng)鏊沫h(huán)境。

解決方案3：提高打印速度

溫度越高，打印速度就越快（來源：UltiMaker via YouTube）

另一個簡單的解決方案是提高打印速度，更多的是一種熱蠕變緩解策略。提高速度通常與解決熱端堵塞問題相反，因為它會導(dǎo)致擠出不足。然而，對于熱蠕變來說，情況就不同了。

加熱物體需要時間。更快地移動細(xì)絲通過熱端意味著到達熔化區(qū)所需的時間更短。通過這樣做，您可以減少線材過熱而提前熔化的機會。

您應(yīng)該使用相同的溫度，并且速度比平常使用的速度快10-15毫米/秒。考慮以2-5毫米/秒的增量調(diào)整打印速度，直到找到適當(dāng)熔化和防止擠出不足之間的正確組合。

解決方案4：降低熱端溫度

降低溫度是一個簡單的解決方案-如果您的線材允許的話（來源：MatterHackers via YouTube）

熱端溫度高意味著加熱器內(nèi)有更多熱量，多余的熱量可能會向上傳遞到熱端組件?，F(xiàn)在，您可能將熱端溫度設(shè)置得太高，但也有可能由于組裝問題而導(dǎo)致熱端過熱，包括組件未對準(zhǔn)、部件性能下降、導(dǎo)熱膏涂抹不當(dāng)或溫度傳感器故障。

確認(rèn)您在材料要求的溫度范圍內(nèi)進行打印。如果太高，一定要降低。只需確保相應(yīng)地調(diào)整打印速度即可。

如果您在該范圍內(nèi)進行打印并且其他解決方案均不起作用，則可能值得測試您的熱端是否始終達到正確的溫度。

解決方案5：更換熱端

PTFE內(nèi)襯熱端為零件提供額外的絕緣層（來源：Prusa Research）

最后也是更徹底的選擇是將您的熱端更換為能夠更好地適應(yīng)您的項目的設(shè)備。

盡管全金屬熱端通常被視為對其他熱端的升級，但如果其他條件產(chǎn)生過多的熱量，它們可以充當(dāng)熱蠕變催化劑。在這種情況下，您可能需要考慮使用襯有PTFE的熱端。

襯有PTFE的熱端以及可拆卸的PTFE管為線材提供了更多的絕緣性，并保持亞熔化溫度，直到線材到達熔化區(qū)。該解決方案可以防止熱量進入熱端，但并不能解決問題。

綜上所述，任何額定高溫的優(yōu)質(zhì)熱端都不應(yīng)該給您帶來熱蠕變問題（假設(shè)您的設(shè)置不會導(dǎo)致其他問題）。全金屬熱端（例如E3D V6或Slice Engineering的Copperhead）應(yīng)能防止熱蠕變。

四、提示與技巧

找到正確的縮回距離有助于防止熱蔓延（來源：Raider1284，來自Reddit）

除了我們上面提到的指導(dǎo)之外，以下是一些通常有助于應(yīng)對熱蠕變的提示和技巧。

打印前

了解您的問題：確保您遇到的問題確實是熱蠕變，而不是其他類型的熱端堵塞或堵塞。您可以嘗試更換噴嘴，以確保噴嘴本身沒有問題。如果您執(zhí)行這些操作后仍然遇到問題，那么您很可能正在處理熱蠕變問題。

使用高質(zhì)量PTFE管：如果您有Bowden擠出機，使用高質(zhì)量PTFE管將意味著PTFE管內(nèi)的細(xì)絲絕緣效果更好。耐溫越高，PTFE管的質(zhì)量越高。Capricorn是高質(zhì)量PTFE管的一個很好的例子。

使用高質(zhì)量線材：低質(zhì)量線材往往直徑不一致，也可能導(dǎo)致熱端堵塞，因此我們建議使用公差低于+/-0.05毫米的高質(zhì)量線材。

打印中

一次調(diào)整一項設(shè)置：調(diào)整多個切片器設(shè)置或硬件配置使得很難確定哪個調(diào)整解決了問題。您一次應(yīng)該只調(diào)整一項切片機設(shè)置和機械裝配功能，以找到實際工作情況。

下回縮：回縮是控制每次打印頭移動后拉出多少細(xì)絲的設(shè)置。太高的回縮會導(dǎo)致熱絲被拉到熔化區(qū)上方，并有助于熱量穿過組件。如果您認(rèn)為確實發(fā)生了這種情況，請嘗試以0.5毫米的增量降低回縮設(shè)置。

打印后

打印后移除線材：您可以使用的另一個技巧是在打印后移除線材。如果細(xì)絲在冷卻時停留在熱端，它會逐漸熔化到熔化區(qū)上方越來越高的位置。您應(yīng)該考慮在每次打印后移除線材，這樣它就不會過早熔化并導(dǎo)致熱蠕變。

關(guān)閉打印機之前先將其冷卻：如果關(guān)閉打印機會關(guān)閉熱端風(fēng)扇，您需要等到熱端首先顯著冷卻。如果沒有風(fēng)扇，即使加熱器塊正在冷卻，熱量也會蔓延。關(guān)于具體溫度存在爭議，有人說低于100°C，有人說50°C。一個安全的選擇是讓打印機冷卻到低于您所使用的線材的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度。

編譯整理:ALL3DP