3D nyomtatás közben az egyik legbosszantóbb hiba a fúvóka eldugulása. Még ha csak rövid időre is szakad meg a szál adagolása, a nyomtatvány nem lesz használható, mert a hiányzó rész mentén könnyen eltörik a tárgy.
Ritkán elfordulhat ilyesmi, például valami kosz kerül a fejbe, ami akadályt képez az anyag útjában, vagy a filament rosszul reagál valamilyen beállításra, átmeneti hőingásra.
Az elmúlt hetekben viszont rendszeresen jelentkezett a HyperCube nyomtatóimnál egy olyan hiba, hogy gyakori retraction-ök után hosszabb-rövidebb időre eldugult a nozzle. Főleg PLA esetében jelentkezett és kimondottan bosszantó módon több órás nyomtatások közepén.
Hetekig tartott amíg rájöttem a hiba okára, de kezdjük az alapoktól:
Mi az a retraction?
Egy FDM 3D nyomtatónak, ha lukak vannak a tárgyban, akkor a szál adagolását meg kell szakítani addig, amíg a luk fölött utazik a fej. Sajnos ilyenkor az olvadt műanyag tovább folyik a fúvókán kifelé, hiszen semmi nem akadályozza meg ebben, sőt valamekkora nyomás alatt van az anyag, hiszen az extruder motorja tolta, préselte idáig a filamentet. Ez két dolog miatt is gondot okoz:
- A fej utazás közben olyan helyre is anyagot folyat, ahová nem szabadna anyagnak kerülnie.
- Amikor újra kezdődik az adagolás, akkor viszont egy ideig még nem jön semmi a fúvókán keresztül, hiszen éppen előbb folyt ki az az anyag, amit most kellene kiadagolni.
Megoldásként erre találták ki a retraction funkciót: amikor abba kell hagyni az adagolását, akkor az extruder motor visszahúzza kicsit a szálat. Ezzel megszünteti a nyomást az anyagban, így ténylegesen megszakad a szál folyása a fúvókán kifelé. Így utazik a fej és amikor újra nyomtatnia kell, pont annyit előre nyomja az extruder motor az anyagot, mint amennyit korábban visszahúzott. Ezért ismét nyomás alá kerül az anyag, amit azonnal el tud kezdeni extrudálni a nyomtató.
Ez az elmélet és a gyakorlatban egy bizonyos szintig meglepően jól is működik. A tökéletes viselkedéshez viszont nagyon el lehet veszni a paraméterek finomhangolásában. A pontatlan beállítások eredménye természetesen az, hogy valamennyi anyag mégis kiszivárog a visszahúzás után. A fő beállítható értékek a visszahúzás hossza és sebessége. Ezeket viszont befolyásolja a konkrét anyag viselkedése és az aktuális hőmérséklet. Az igazán szép eredményhez éppen ezért minden konkrét anyaghoz egyedi beállításokat érdemes kikísérletezni.
De itt most nagyobb volt a gond.
Misztikus dugulás retraction után
Az egyértelmű volt, hogy valami a visszahúzás környékén nem jó, mert tömör testeket nagyon szépen végignyomtattak a HyperCube-ok. Ha viszont egymás után sűrűn történtek a visszahúzások, akkor előbb utóbb kisebb vagy nagyon dugulás történt.
A visszahúzáson kívül még a hőmérséklet emelkedés vált gyanússá. Egyrészt mert a kisebb retraction kalibrációs modelleket ki tudták nyomtatni a nyomtatók, ezek pedig pár perc alatt elkészülnek. A hőmérséklet pedig valóban magasabb lett, mint korábban, ugyanis a hiba nagyjából az után jelentkezett, hogy beépítettem a nyomtatókat egy szekrénybe.
Próbálkoztam a különböző nyomtatási hőmérsékletekkel és retraction paraméterek állítgatásával. A retraction default értékei a Cura szeletelőprogramban 6,5mm hossz és 25mm/s sebesség. A sebesség növelése egyáltalán nem hozott eredményt, a hosszt pedig finoman egy-egy milliméterrel változtatva ide-oda, továbbra is csak tanácstalan voltam. Pillanatnyi sikerek után a több órás nyomtatásoknál mindig jelentkezett a probléma.
Kimondottan csalódott voltam, mert éppen ez előtt tettem rendbe a HotEnd-eket, szépen felpolírozott heatbereak-eket kaptak, sőt még a bowdent is kicseréltem 2mm-es belső átmérőről 1,9mm-esre, hogy csökkentsem a filament mozgásának lehetőségét a cső belsejében. A holtjátékot is megszüntettem a cső mindkét végén lévő csatlakozásánál. Elvileg sokkal szebben kellett volna működniük…
Mivel az tény, hogy végső soron a dugulást a heatbreak-ben megrogyott anyag okozza, így jobb ötlet hiányában rendeltem sokkal erősebb ventilátorokat a HotEnd-ekre. Erre tudtam csak gondolni, hogy idővel felmelegszik a heatbreak, ettől meglágyul a filament és a nyomásnak nem tud ellenállni, összetömörödik, aztán saját magának akadályt képez.
A hiba megjelenésére nem tűnt túl erős magyarázatnak az, hogy a szekrénybe kerültek a nyomtatók és ettől vált meleggé mind a két HotEnd, de korábban nem volt ilyen problémám, így vártam egy hónapot a ventilátorok megérkezésére.
Sajnos nem oldódott meg ettől a dugulás kérdése. Talán kicsit jobb lett a helyzet, de a lényegen nem változtatott.
Mi a kapcsolat retraction és a dugulás között?
Eközben elkészültem a Prusa Mk3 klón építésével. Több okból is izgalommal vártam az első nyomtatást vele. Ugyanis volt egy érzésem, hogy ugyanazzal a PLA anyaggal amivel kínlódok éppen a HyperCube-ok esetében, biztosan szépen nyomtat majd a Prusa, és remélhetőleg rájövök majd, hogy mi valójában a fő különbség.
Így is történt. 🙂 A Prusa valóban megbízhatóan dolgozott hosszabb nyomtatásnál sűrű retraction-ök közben is. Nagyobb a HotEnd ventilátora, de szerintem az erősebbre cserélt 30mm-es ventilátorok is elégségesek a HyperCube-okon.
Az igazi különbség a direkt extruder. A Prusa nyomtatók általában direkt meghajtásúak, ami azt jelenti, hogy a HotEnd fölött közvetlenül helyezkedik el az extruder motor, gyakorlatilag egy egységet képezve. Ennek az elrendezésnek az a nagyon nagy előnye, hogy a motor és a HotEnd között, csak milliméterekben mérhető a távolság. Így épen a retraction-t sokkal precízebben tudja megoldani, hiszen ezen a pici távolságon nem kell a filament rugalmasságával számolni. Persze cserébe egy nehéz motort is cipelnie kell a mozgó fejnek.
A HyperCube tervezője viszont inkább a súly csökkentését tartotta fontosabbnak, ezért választotta a bowdenes megoldást. Itt az extruder motort nem a fej cipeli, hanem egy 40-50cm hosszú hajlékony, de azért merev falú csövön keresztül adagolja a filamentet. Ebben az esetben hosszabb retraction távolságot kell választani, hogy kompenzáljuk az anyag rugalmasságát.
Az első nyomtatásához a Cura Prusa Mk3 nyomtatóhoz előre elkészített profilt használtam. Ebben 0,8mm a retraction távolság és 35mm/s a sebesség. A sebességet nem éreztem olyan kardinálisnak, viszont a távolságon elkezdtem gondolkodni:
Jobban belegondolva elég nagy a különbség a 0,8mm és 6,5mm között. Kb. 40cm bowdent használok a HyperCube esetében, az nem lehet, hogy 5-6mm-et nyúljon az anyag ekkora távolságon. Tettem gyorsan egy próbát és 1,6mm-es beállítással kezdtem el nyomtatni. Nagyon megörültem, ugyanis egyrészt megszűnt a dugulás, de mégsem tűnik túlzottan kevésnek a visszahúzás.
Végül mi okozta hibát?
Miután túl voltam az első pár sikeres nyomtatáson és megnyugodtam, hogy remekül működnek a HyperCube nyomtatók (ismét), úgy éreztem, hogy nem vagyok még készen. Csak rá kellene jönni, hogy mi is történt itt. Ugyanis korábban – még ha nem is jegyeztem fel pontos értékeket -, sosem állítottam ilyen rövidre a visszahúzás mértékét, de mégis csak akkor jelentkezett a hiba amikor a szekrénybe beépíttettem a nyomtatókat. Ennek így nem sok értelme van…
Végül nagyon nehezen leesett a megfejtés: Valószínű, sosem voltak ennyire rendben a bowdenek, mint most. Ahogy írtam feljebb, éppen ekkor megszüntetem minden holtjátékot. A hiba nyomozása során, ezzel nem sokat törődtem, hiszen olyan módosításokat végeztem a bowden környékén, amik egyértelműen hasznosak voltak.
Valószínű arról van szó, hogy korábban mindig volt 3-4-5 milliméter holtjátéka a csöveknek, ami azt jelenti, hogy visszahúzáskor ennyit rövidültek a bowdenek. Visszacsúsztak a saját csatlakozójukba és többet tudott mozogni a filament a cső belsejében is.
Ez pedig azt jelenti, hogy valójában azért kellett a 6-7 milliméteres retraction beállítás, mert ennek a távolságnak a nagy részét a bowden vette fel és ténylegesen csak 1-2mm visszahúzás történt a HotEnd-en belül korábban is. Tehát korábban is sokkal kisebb beállítással dolgoztam, csak éppen implicit módon. És nem is gondoltam rá, hogy ez így van.
Miért gond a hosszabb visszahúzás?
Ha csak úgy random olvasgatunk a neten a bowdenes retraction beállításokról, akkor egészen hosszú értékeket találunk. Ekkor viszont elkezdtem célirányosabban is olvasgatni, kimondottan az E3D V6 HotEnd és klónjaira kerestem rá. Azt találtam, hogy 2 milliméternél nem javasolnak hosszabb érteket.
Azért nem jó a hosszabb érték, mert nem túl hosszú maga a fúvóka (nozzle) a V6 HotEnd-ben és ha többet húzunk fel, akkor egyszerűen felhúzzuk az olvadt filamentet a heatbreak-be. Ott viszont picit már szélesebb a belső átmérő és amikor ismét megtoljuk az anyagot, akkor kiszélesedve megdermedhet. Ha megdermedt, akkor már nem tudja a motor visszanyomni a fúvókába.
Tanulság
A tanulság tehát az, hogy a hiba keresésénél minden körülményt számításba kell venni. Legalábbis minden olyat ami változott a hiba megjelenése előtt. Nem érdemes semmire azt mondani, hogy „az mindegy”, mert az rendben van.
Nagyon kisarkítva fogalmazva ugyanis nekem a hiba előtt azért nyomtattak szépen a HyperCube-ok, mert két hibás dolog kioltotta egymás hatását. A túl hosszú retraction beállítási értéket kompenzálta a bowdenek holtjátéka. Vagyis inkább fordítva, ha tudatossan csináltam volna: a bowden holtjátékát kompenzálta a hosszú visszahúzás. Amikor viszont megszűnt a holtjáték, akkor már gondot okozott az a retraction beállítás, ami korábban tökéletesen megfelelő volt.
Két jópofa teszt a retraction kalibráláshoz:
Az még fontos tanulság lehet, hogy ha módosításokat végzünk egy működő konstrukción, akkor ne egyszerre végezzünk el rajta, hanem egyesével, vagy kisebb csoportokban. Sokkal könnyebb lesz megfigyelni a változásokat, és rájönni a változást kiváltó okra.