Сушка пластика для 3D-печати: откуда в прутке вода и чем её выгнать

01Как понять, что пластик сырой

Вода в прутке вскипает в сопле. Пар раздувает расплав, пластик выходит рывками и с пузырями. На детали это видно сразу^{[6, 7, 11]}.

• Пластик пузырится при печати: стенка в пузырьках и шершавая там, где раньше была гладкой.
• Нитки и подтёки между стенками, дырки в слоях.
• Слабые слои: деталь ломается по шву.
• Сопло трещит, из него идёт парок.

Те же следы оставляют забитое сопло и сбитые настройки, поэтому по виду детали причину не назвать. Назвать её помогают весы.

Проверка весами

1. Взвесьте катушку на кухонных весах.
2. Просушите её: режим для своего пластика возьмите из таблицы ниже.
3. Взвесьте снова.

Стала легче на пару граммов, значит, вода была. Участник форума Bambu Lab так проверял новые катушки: каждая отдавала в сушилке около 3 граммов^[12]. На килограмм прутка это 0,3 процента веса, и дальше станет видно, что это много.

Проверка гигрометром

Гигрометр это датчик влажности воздуха. Катушку и гигрометр закрывают в пакет с застёжкой и ждут, пока число перестанет меняться. Ориентир тот же, что для хранения: ниже 20 процентов^[10]. Новая катушка, по словам участника форума, показывает 30 и больше.

02Гигроскопичность: откуда в прутке вода

Гигроскопичность это свойство материала впитывать влагу из воздуха. Гигроскопичны соль, сахар, бумага и дерево. Пластики для печати тоже, хотя на ощупь пруток всегда сухой.

Идёт это в два шага, и у каждого своё название.

• Адсорбция. Молекулы воды из воздуха оседают на поверхности прутка.
• Абсорбция. С поверхности они уходят вглубь, в промежутки между длинными молекулами пластика.

Вместе оба шага называют сорбцией. Вглубь вода движется диффузией: сама, без напора, оттуда, где её больше, туда, где меньше. Поэтому сначала сыреет кожура прутка, а середина догоняет её часами.

Бесконечно пруток воду не тянет. Он набирает её, пока не придёт в равновесие с воздухом вокруг: в сухом воздухе воды в пластике мало, в сыром больше^{[1, 2]}. Перенесите катушку из сырого гаража в сухую комнату, и она начнёт воду отдавать.

Сколько воды в пластике, измеряют взвешиванием. По ГОСТ 4650-2014 образец сушат, взвешивают, выдерживают во влаге и взвешивают снова^[5]. Прирост веса в процентах и есть ответ. Проверка весами из первой главы устроена так же, только в обратную сторону.

Сколько воды берёт каждый пластик

В Институте механики материалов в Риге 12 видов прутка держали в воздухе с влажностью от 16 до 97 процентов и взвешивали, пока вес не переставал меняться. Из их замеров собран график: сколько воды окажется в килограммовой катушке, если дать ей прийти в равновесие с воздухом.

У PLA, PETG и ABS счёт идёт на десятые доли процента: несколько граммов воды на катушку. Нейлон стоит особняком. Он набрал 8 процентов своего веса, разбух на 2,5 процента и потерял 42 процента прочности: вода не просто сидит в нём, она рвёт его молекулы.

У PETG в самом сыром воздухе замер дал 0,7 процента. Линия на графике проходит чуть ниже замера, это обычное дело для линии, проведённой через точки.

03Как быстро пруток сыреет

Вода идёт от поверхности к середине, поэтому тонкий пруток сыреет быстрее толстого. Время растёт с квадратом толщины: пруток 1,75 мм набирает воду в 2,7 раза быстрее, чем 2,85 мм.

В рижском опыте замеряли толстый пруток, 2,8 мм. До 80 процентов своего предела PETG дошёл за 125 часов, ABS за 101, нейлон за 360^[1]. Обычный пруток 1,75 мм идёт быстрее, сроки для него я пересчитал.

Кривая крутая в начале и пологая в конце. Первые часы на воздухе стоят прутку дороже всего: половину воды он берёт за малую долю срока.

График показывает одну нить на воздухе. На катушке наружные витки прикрывают внутренние, и целиком она сыреет медленнее. Насколько, показал замер CNC Kitchen: высушенные катушки оставили в комнате и взвешивали. Быстрее всего вес рос в первый день, а через пять дней вернулась почти вся вода, которую сняла сушка^[9].

04Новая катушка не значит сухая

Пакет с вакуумом держит воздух снаружи. Воду, которая уже сидит в прутке, он не вынимает. Сидит ли она там, проверили трижды^{[1, 2]}.

• Три производителя ABS. Польские исследователи купили катушки в заводской упаковке и замерили пруток сразу после вскрытия: от 0,18 до 0,40 процента воды.
• Двенадцать прутков в Риге. Образцы брали прямо от производителя, не подсушивая. В сухом воздухе все они теряли вес: вода в них уже была. На графике выше это тёмная риска.
• Тридцать дней в упаковке. Катушку ABS с 0,37 процента воды оставили в заводской упаковке на месяц. Суше она не стала: от 0,37 до 0,43.

Производители с этим спорят. Polymaker пишет, что сушит каждую катушку перед упаковкой и из целого пакета она готова к печати^[8]. Bambu Lab осторожнее: сушить перед печатью он рекомендует даже PLA, а TPU и нейлон требует^[6].

Сухая или нет, решает не этикетка. По польским замерам, у ABS в обычной комнате в прутке от 0,15 до 0,5 процента воды, и каждые 10 процентов влажности воздуха добавляют ещё 0,05. Катушка, которая месяц ехала и лежала на складе, пришла в равновесие с тем воздухом, какой там был.

Я бы новой катушке на слово не верил и один раз проверил весами. С этого спора на форуме Bambu Lab статья и началась: владелец принтера поставил катушку из запечатанного пакета, брак остался, и он решил, что пластик ни при чём^[12].

05Что вода делает с деталью

В сопле пластик нагрет до 200 градусов и выше, и вода в нём превращается в пар. Пар оставляет в детали пустоты. На срезах под микроскопом это видно: в образцах из сухого прутка пластик лежит ровно, в образцах из сырого он в пузырях^{[3, 6]}.

Сколько прочности уносят пузыри, измерили на ABS. Пруток увлажняли от 0,17 до 0,75 процента и печатали из него образцы.

Образцы из самого сырого прутка рвались при нагрузке на четверть меньшей и вышли толще на десятую часть. Как пруток пришёл к своей влажности, набирал воду или сох, оказалось неважно: считается только то, сколько воды в нём в момент печати.

Теперь сложите это с предыдущей главой. Пруток из заводской упаковки содержал до 0,40 процента воды. По этой прямой деталь из него слабее примерно на 10 процентов, чем из сухого. Это мой пересчёт по числам двух работ одних авторов, сами они его не делали.

С PLA то же. Испанские исследователи неделю держали пруток при влажности 16, 50 и 98 процентов, а потом печатали. Чем сырее хранился пруток, тем больше было пузырей и ниже прочность. Влажность повлияла на результат сильнее, чем температура сопла и цвет пластика^[4].

Вода рвёт молекулы

У части пластиков вода делает кое-что хуже пузырей: она рвёт длинные молекулы, химики называют это гидролизом. Нейлон в рижском опыте так потерял 42 процента прочности ещё до печати^[1]. С PLA это идёт медленно, месяцами и годами: старая катушка ломается в руках, и сушка её уже не спасает. Об этом есть в статье о PLA.

Готовой детали вода вредит куда меньше, чем прутку перед печатью. Деталь из PETG годами стоит в ванной и на улице, подробности в статье о PETG.

06Температура и время сушки пластика

Воду из прутка выгоняют тем же путём, каким она вошла, только быстрее: тёплым воздухом. Вода из середины прутка должна дойти до поверхности, и в тепле она идёт быстрее, а тёплый воздух уносит её больше.

Потолок у каждого пластика свой: температура, при которой он размягчается. Перегретый пруток слипается на катушке, а катушка может покоробиться^{[7, 9]}. Поэтому PLA сушат при 50 градусах, хотя при 80 он высох бы быстрее.

Таблица сушки пластиков: температура и время

Первые два столбца и последний из таблицы Bambu Lab^[6], третий из таблицы Prusa^[7]. Числа расходятся: Bambu Lab сушит горячее и дольше, Prusa осторожнее. Обе таблицы составлены под свои прутки и свои катушки. Если на коробке вашего прутка написан свой режим, верьте ему. Если нет, я бы начинал с меньшего числа.

Пересушить тоже можно. Prusa советует не держать пруток дольше указанного. Долгий нагрев портит добавки, которые делают пластик менее хрупким^[9].

07Чем сушить пластик дома: девять способов

Способов девять. Четыре сушат, один сушит с подвохом, один больше хранит, чем сушит, и три не работают. Выберите свой пластик: видно, какой способ даст ему нужную температуру.

1. Сушилка для пластика

Закрытая коробка с нагревателем, часто с отверстием, чтобы печатать прямо из неё. Большинство моделей греет до 55 или 70 градусов: для PLA, PETG и TPU хватает. Под ABS и нейлон нужна модель на 80 градусов и выше, такие есть и стоят дороже^[10].

Числу на экране верьте с оглядкой. Автор обзора намерил пирометром 46 градусов у прутка при заявленных 60^[11]. Свою сушилку я бы один раз проверил термометром, а сушил до постоянного веса, не по таймеру.

2. Сушилка для овощей и фруктов

Самый народный способ. Из такой сушилки и делают сушилку для пластика своими руками: решётки вынимают, катушку кладут внутрь^{[7, 11]}. В замере CNC Kitchen она сняла с катушек больше воды, чем вакуум, и быстрее: через 12 часов вес уже не менялся^[9]. Стоит такая сушилка от 2 000 до 5 000 рублей^[10].

Подвох в температуре. В том же замере при 75 градусах на ручке внизу было 65, наверху 55. Для ABS этого мало, а катушка нейлона с углеволокном в ней так и не досохла.

3. Духовка

Сушка пластика в духовке работает, но это способ с подвохом. Домашняя духовка держит температуру грубо: колебания, незаметные для пирога, портят пруток, а многие духовки вообще не умеют греть так слабо^[7]. На малом нагреве ошибка доходит до 10 и 20 градусов^[10]. У PLA до размягчения как раз 10.

Если сушите в духовке, то так:

1. Положите рядом с катушкой отдельный термометр и верьте ему, а не ручке.
2. Прогрейте духовку до того, как поставить катушку.
3. Время от времени открывайте дверцу, чтобы выпустить влажный воздух.
4. Газовую духовку не берите.

Лучше всего духовка подходит тем, кому горячо не страшно: ABS, ASA, нейлону. CNC Kitchen сушил нейлон при 85 градусах, и почти через сутки катушки всё ещё теряли вес^[9].

4. Стол принтера

Bambu Lab описывает этот способ сам. Пруток вынимают из печатающей головы, иначе он размякнет в подаче. Катушку кладут на стол, накрывают коробкой от неё и греют 12 часов, на середине срока переворачивают^[6]. Температуры стола есть в таблице выше.

Работает это только в закрытом принтере. У P1S готовой кнопки нет: стол опускают и температуру ставят вручную. Открытые принтеры, включая A1 и A1 mini, Bambu Lab для сушки использовать не разрешает.

Минус один: пока сохнет катушка, принтер не печатает.

5. Приставка с подогревом

У Bambu Lab сушат две приставки для смены пластика: AMS 2 Pro греет до 65 градусов, AMS HT до 85. PLA в них сохнет 12 часов при 45 градусах, PETG при 65. ABS и нейлон берёт только старшая^[6].

Сушить можно и во время печати. Тогда приставка сама снижает нагрев: до 45 градусов для PLA и до 55 для PETG, чтобы пруток не размяк в подаче.

6. Коробка с силикагелем

Силикагель это шарики, которые тянут воду сильнее пластика. В закрытой коробке они понемногу забирают её из прутка. На это уходят дни и недели^[10].

Замеров два, и оба за. CNC Kitchen положил в коробку с силикагелем две непросушенные катушки, PLA и PETG: за неделю они заметно полегчали, и сушилка потом сняла лишь немного сверх^[9]. В польском опыте пруток ABS в коробке с осушителем высох с 0,37 до 0,19 процента. А потом снова пошёл вверх: осушитель насытился и начал отдавать воду обратно^[2].

Вывод простой: коробка с силикагелем хранит сухое сухим и медленно подсушивает PLA и PETG. Для нейлона это не способ.

7. Вакуум

Идея красивая: в вакууме вода кипит без нагрева. На деле за 10 дней под вакуумом катушки потеряли 1 или 2 грамма, это от 0,1 до 0,2 процента веса, и разницы в печати автор замера не увидел^[9]. Вода в середине прутка никуда не торопится, вакуум её не подгоняет. В польском опыте пруток в вакуумной ёмкости за месяц суше не стал^[2].

8. Микроволновка

Замера, который показал бы, что это работает, я не нашёл. Температуру в микроволновке не задать, греет она пятнами, а PLA размягчается уже около 60 градусов. Я бы не стал.

9. Батарея, солнце, машина

Тепло бесплатное, но неуправляемое. На батарее один бок катушки горячий, другой холодный, а сколько там градусов, вы не знаете. Замеров тут тоже нет. Я бы не стал: проверить результат можно только теми же весами, а с ними проще сразу сушить как следует.

Все способы в одной таблице

08Как понять, что высохло

Таймер говорит, сколько катушка грелась. Высохла ли она, говорят весы: взвешивайте катушку каждые несколько часов, и когда вес перестал падать, сушка закончена^[9].

• PLA и PETG в сушилке для овощей часто хватало от 4 до 6 часов, а после 12 вес уже не менялся.
• Нейлон при 85 градусах терял вес и через 20 часов.

Первые часы из катушки выходит больше всего воды. Участники форума Bambu Lab в это время приоткрывают крышку сушилки, чтобы влажный воздух уходил, а не стоял над прутком^[12].

09Как хранить пластик

Высушенная катушка на воздухе наберёт воду обратно: быстрее всего в первый день, почти всю за пять^[9]. Сушка без хранения это работа на неделю, поэтому хранение пластика для 3D-принтера устроено просто: закрыть и осушить.

• Закрытая коробка или пакет с застёжкой. Вакуумные пакеты с осушителем тоже годятся^[7].
• Силикагель: от 20 до 30 граммов на катушку^[10].
• Гигрометр внутри. Цель ниже 20 процентов влажности, для нейлона ниже 15.

Силикагель не вечный

Осушитель набирает воду и останавливается, а потом может отдавать её обратно прутку, это видели в опыте^[2]. Понять, что пора его сушить, можно двумя способами.

• По гигрометру. CNC Kitchen прокаливает силикагель, когда влажность в коробке поднялась выше 10 процентов: два часа в духовке при 110 градусах.
• По весу. Участник форума Bambu Lab взвешивает пакетики: сухой весит 50 граммов, на 55 его пора сушить^[13].

По цвету шариков судить труднее: в пакетиках с индикатором окрашена малая часть шариков, и разглядеть смену цвета тяжело.

Что беречь в первую очередь

Если коробок на все катушки не хватает, сухое место отдают самым жадным до воды: нейлону, TPU и растворимым поддержкам. PLA прощает больше.

10Частые вопросы

11Источники

Цифры и выводы статьи опираются на эти работы. Почти все они на английском: основная литература о пластиках выходит в международных журналах. Сноска в тексте раскрывает список и ведёт к нужному пункту.