Článek
Vlhkost je jeden z nejtišších problémů 3D tisku. Tiskárna kvůli ní nemusí hlásit žádnou chybu, motor extruderu se může dál otáčet a první vrstvy mohou vypadat úplně normálně. Přesto se během tisku začnou objevovat nitky, bubliny, nepravidelný povrch nebo slabší spojení mezi vrstvami. Často pak člověk začne měnit teplotu, rychlost a retrakci, i když skutečný problém leží v cívce filamentu.
Filament není jen plastový provázek. Je to materiál, který několik hodin nebo dní čeká v prostředí, kde je vždy trochu vodní páry. Některé druhy ji přijímají pomalu, jiné velmi ochotně. Jakmile se pak dostanou do horké trysky, voda se změní v páru a začne ovlivňovat celý proces extruze.
Vlhkost se v trysce mění na páru
Při tisku se filament zahřívá na teplotu, při které změkne nebo se roztaví. Pokud v sobě obsahuje vodu, ta se při průchodu hotendem začne rychle odpařovat. Vznikající pára může v roztaveném plastu vytvořit drobné dutiny nebo narušit pravidelný tok materiálu.
Prusa mezi typické projevy navlhlého filamentu řadí zhoršený povrch, nízkou soudržnost vrstev, bubliny, kuličky na výtisku a praskání nebo prskání při extruzi. Nejde o projevy, které by se objevily vždy všechny najednou. U některých cívek si člověk všimne pouze většího stringingu, u jiných je problém slyšet jako tiché pukání.
To je důvod, proč se vyplatí poslouchat tiskárnu stejně jako sledovat výtisk. Pokud filament při pomalém ručním zavádění do zahřáté trysky praská nebo z ní vycházejí drobné bublinky, je vlhkost jedním z prvních podezřelých. Samotný zvuk samozřejmě není laboratorní test, ale v kombinaci s horším povrchem jde o užitečnou stopu.
Ne každý materiál trpí stejně
PLA bývá pro začátečníky poměrně tolerantní. To ale neznamená, že ho lze skladovat bez jakékoli ochrany. PETG zvládne běžné podmínky lépe než nylon, ale po delším skladování může začít více nitkovat a vytvářet drobné nedokonalosti. TPU, polyamid, PVA a BVOH jsou na vlhkost citlivější a u nich je sušení často součástí běžné přípravy před tiskem.
Polyamid a některé technické materiály mohou nasát tolik vlhkosti, že se problém projeví nejen na povrchu, ale i na mechanických vlastnostech. U vodorovného držáku nebo dekorace si člověk nemusí ničeho všimnout. U součásti, která má nést zatížení, už ale dutiny a horší spojení vrstev představují mnohem větší riziko.
Důležitá je i doba, po kterou je cívka otevřená. Nový filament z vakuového sáčku může být v pořádku, ale stejná cívka ponechaná několik týdnů na stole se bude chovat jinak. Rychlost změny závisí na materiálu, teplotě a relativní vlhkosti v místnosti.
Co ukázal výzkum u PLA
Vliv vlhkosti není pouze otázkou hezčího nebo ošklivějšího povrchu. Studie publikovaná v časopise Results in Engineering sledovala PLA skladované v prostředí s různou relativní vlhkostí. Autoři následně zkoumali pórovitost, strukturu i mechanické vlastnosti vytištěných vzorků.
S rostoucí vlhkostí se ve výtiscích zvyšovalo množství dutin. Při nižších hodnotách relativní vlhkosti šlo především o mezery mezi jednotlivými extrudovanými stopami. Výzkumníci tento jev spojili s nepravidelným podáváním materiálu a možným bobtnáním filamentu. Při vyšší vlhkosti se objevovaly také kulovité defekty uvnitř samotných stop. Ty odpovídají místům, kde se při zpracování zachytila pára.
Studie zároveň nezjistila výrazné změny molekulární struktury PLA. Zhoršení vlastností tedy nebylo vysvětleno úplným chemickým rozkladem polymeru, ale hlavně póry a dutinami uvnitř výtisku. To je praktická informace: materiál nemusí být na pohled spálený nebo jinak zničený, aby byl výsledný díl slabší.
U zkoumaných vzorků se s rostoucí vlhkostí zhoršovaly ohybové vlastnosti a ještě výrazněji odolnost proti nárazu. Výsledky se samozřejmě týkají konkrétního PLA a konkrétních podmínek experimentu. Nelze z nich odvodit univerzální číslo platné pro všechny značky. Dobře ale ukazují, proč má smysl skladování filamentu řešit i u materiálu, který se běžně považuje za bezproblémový.
Jak poznat, že je čas cívku vysušit
Nejčastějším signálem je kombinace několika drobných změn. Povrch výtisku je najednou hrubší, na přejezdech vzniká více nitek a při extruzi se ozývá praskání. Mohou se objevit malé kuličky, nepravidelný tok materiálu nebo horší spojení vrstev.
Pozor na situaci, kdy se problém objeví jen u jedné cívky. Pokud tiskárna se stejným profilem a stejnou tryskou zvládá jiný filament dobře, není nutné hned podezírat slicer. Zkuste nejdříve vyměnit cívku nebo vytisknout jednoduchý test z vysušeného materiálu.
Pomoci může také zvážení cívky před a po sušení, ale rozdíl bývá malý a běžná kuchyňská váha nemusí být dostatečně přesná. Měřič vlhkosti v uzavřeném boxu zase popisuje hlavně prostředí kolem cívky, nikoli přesný obsah vody uvnitř polymeru. Nejspolehlivější je proto kombinovat doporučení výrobce, pozorování tisku a opakovatelný test.
Jak filament správně sušit
Neexistuje jedna teplota pro všechny materiály. Prusa například uvádí pro PLA a rPLA 45 °C po dobu šesti hodin. U PETG doporučuje 55 °C po dobu šesti hodin, u TPU 60 °C po dobu čtyř až šesti hodin a u ASA 80 °C po dobu čtyř hodin. U polyamidů, PC a dalších technických materiálů jsou teploty ještě vyšší.
Tato čísla nejsou univerzální recept pro každou značku. Výrobce může používat jiné přísady, jiný typ cívky nebo odlišné doporučení pro konkrétní průměr filamentu. Tabulka na obalu a technický list konkrétního výrobku proto mají přednost.
Důležité je nepřekročit teplotu, při které může cívka změknout nebo se deformovat. U starších cívek s kartonovým středem může být problém i samotná konstrukce špulky. Plastové boky se při zahřívání roztahují jinak než karton a cívka se může po ochlazení uvolnit nebo rozpadnout.
Domácí trouba je lákavá, protože ji má mnoho lidí po ruce. Její termostat ale nemusí být při nízkých teplotách přesný. Rozdíl několika stupňů, který nevadí při pečení, může poškodit PLA nebo zdeformovat cívku. Pokud troubu použijete, je rozumné ověřit skutečnou teplotu externím teploměrem a nenechávat sušení bez dozoru.
Sušička, nebo drybox?
Sušička a drybox nejsou totéž. Sušička má z filamentu aktivně odstranit vlhkost. Drybox má především zabránit tomu, aby do něj suchý filament znovu rychle nasál vodu ze vzduchu.
Prusa u svého USS Dryboxu výslovně uvádí, že zařízení mokrý filament samo nevysuší. Používá těsnicí box a silikagel, aby udrželo nízkou relativní vlhkost během skladování a tisku. Pokud je cívka už navlhlá, je potřeba ji nejprve vysušit v zařízení určeném k aktivnímu sušení.
U tohoto systému Prusa uvádí pro PLA doporučení pod 30 procent relativní vlhkosti, pro PETG pod 20 procent a pro TPU, PVA, PC a BVOH také pod 20 procent. U ASA je doporučení pod 30 procent, ideálně pod 10 procent. Jde o údaje z dokumentace konkrétního řešení, nikoli o univerzální normu pro všechny filamenty a všechny boxy.
Největší smysl má drybox u materiálu, který tiskne dlouho a citlivě reaguje na okolní vzduch. Cívka může být během několikahodinového tisku vystavena vlhkosti déle, než si uvědomujeme. U běžného PLA to často nebude zásadní, u nylonu nebo PVA už může být rozdíl viditelný.
Co dělat po vysušení
Po skončení sušení nenechávejte cívku několik hodin otevřenou na stole. Teplý materiál může vlhkost z okolí přijímat rychleji než studený, a citlivé filamenty se tak mohou začít vracet k původnímu stavu dříve, než je vůbec použijete.
Ideální je nechat cívku vychladnout v uzavřeném boxu nebo ji po vychladnutí uložit do vakuového sáčku s dostatkem vysoušedla. Sáček musí být skutečně těsný a silikagel je potřeba pravidelně regenerovat nebo vyměňovat. Pokud je vysoušedlo nasycené, v sáčku sice je, ale už neplní svou práci.
Při tisku z citlivých materiálů je vhodné vést filament z dryboxu přímo do tiskárny. Každé otevření víka zvyšuje vnitřní vlhkost. U některých systémů může stačit několik minut, u jiných bude návrat na nízkou hodnotu trvat výrazně déle.
Nejčastější chyby
První chybou je sušit všechno stejným programem. PLA, PETG, TPU a nylon mají odlišné vlastnosti a stejná teplota nemusí být vhodná pro všechny. Druhou chybou je zaměnit box s vysoušečkou. Krabice se silikagelem mokrý filament nezachrání, pouze zpomalí další nasávání vody.
Třetí chybou je hledat problém pouze ve sliceru. Pokud se změny objevily náhle a týkají se jedné konkrétní cívky, je filament důležitější podezřelý než obvykle. A poslední chybou je skladovat citlivý materiál bez označení. U otevřené cívky si často po několika týdnech nikdo nepamatuje, kdy byla vybalená a v jakých podmínkách ležela.
Praktický závěr
Vlhký filament není automaticky odepsaný. Ve většině běžných případů pomůže správné vysušení, následné uložení do suchého prostoru a tisk podle doporučení výrobce. Nejdřív ale musíme problém poznat.
Když se objeví bubliny, praskání, stringing a horší soudržnost vrstev, nemusí být vadná tryska ani profil ve sliceru. Cívka si možná jen vzala příliš mnoho vody ze vzduchu. U PLA může být problém nenápadný, u nylonu nebo TPU se projeví mnohem rychleji.
Nejlepší ochrana je jednoduchá: citlivé materiály skladovat v uzavřeném boxu, používat čerstvé vysoušedlo a před sušením vždy zkontrolovat teplotu doporučenou výrobcem. Suchý filament sám o sobě nezaručí dokonalý tisk. Odstraní ale jednu z nejčastějších příčin, kvůli kterým tiskárna dělá něco jiného, než od ní očekáváme.
Použité zdroje
Prusa Research, Drying filament: https://help.prusa3d.com/article/drying-filament_332086?product=plus-1-75-mm
Prusa Research, Prusa USS Drybox: https://help.prusa3d.com/article/prusa-uss-drybox_1014382
Lendvai, L. et al., Influence of environmental humidity during filament storage on the structural and mechanical properties of material extrusion 3D-printed poly(lactic acid) parts, Results in Engineering 24, 2024, 103013: https://real.mtak.hu/206271/7/1-s20-S2590123024012684-main.pdf
Poznámka: doporučené teploty sušení a limity relativní vlhkosti vycházejí z dokumentace Prusa Research. Výsledky studie se vztahují ke konkrétnímu PLA a experimentálním podmínkám; nelze je bez dalšího zobecnit na všechny filamenty.
