3Dプリンティングの問題の特定と修正

欠陥No.1：糸引き

症状

部品の異なる部分間の隙間に細かいフィラメントが糸を引くように残る。

考えられる原因

移動時にホットエンド内の残留圧力と溶融プラスチックの流動性により、プラスチックがノズルから垂れ続ける。

提案される修正策

フィラメントのリトラクション長を増やす（Slic3rではretraction length、CuraEngineではretraction distance）。フィラメントを後退させることでホットエンド内の圧力が低下する。リトラクション速度を調整することで効果を調節できる。

ヘッドの移動速度を上げる。これにより、溶融プラスチックが垂れる時間が短くなる。

押し出し温度を下げる。温度が高すぎてプラスチックの流動性が増し、ノズルから速く漏れ出している可能性がある。

欠陥No.2：崩壊

症状

オーバーハング面の崩壊または品質低下。

考えられる原因

オーバーハング周辺に堆積したプラスチックの固化が十分に速くなく、堆積したフィラメントが固化前に移動する。この現象が層を重ねるごとに繰り返されたり悪化したりする。

提案される修正策

堆積したプラスチックの冷却をより効果的に行う（気流の位置、風量）

サポートを作成する

部品の向きを変更する

欠陥No.3：側面または上面の層間剥離

症状

外周が十分に結合せず、垂直壁の層間剥離を引き起こす。

平面が完全に覆われていない

考えられる原因

堆積される材料が不十分。堆積されたビードが狭すぎて隣接するビードに十分に接触せず、接着しない。

ノズル内に不純物があり、溶融材料の通りを妨げている。

押し出し温度が低すぎて、隣接するビードとの接着不良を引き起こしている。

提案される修正策

スライサーのデータに従って材料流量が適切になるよう挤出機をキャリブレーションする。

ノズルの詰まりを解消する（ドリル、鋼線、70°Cでの押し出しなど）

押し出し温度を上げる

オーバーラップ率を上げる（CURA）

欠陥No.4：薄い部分の材料不足

症状

柱の穴の部分で薄い断面の充填が非常に悪い（画像参照）

考えられる原因

バックリトラクションまたはリトラクション後の復帰が不十分

フィラメントの固化不良

リトラクション時のフィラメント送り機構の滑り

提案される修正策

リトラクション速度と長さを下げる

「extra length on retract」を増やす（Slic3r）

アイドラーのバネ圧を上げる

欠陥No.5：膨らみ

症状

膨らみ、表面積が小さい領域に主に現れる小さな隆起など、幾何学形状が不適切になる。

考えられる原因

押し出し時のフィラメント温度が高すぎる、またはフィラメント冷却システムが十分に機能していない。

提案される修正策プリントプレートに複数の部品を配置して印刷する。これにより、ノズルはより多くのオブジェクトを印刷し、次の部品に移る前に冷却時間が長くなる。

冷却システムを追加して3Dプリントオブジェクトの冷却を改善する。

欠陥No.6：薄い壁の層間剥離

症状

充填のない薄い壁で、フィラメントが分離し、横方向に接着されていない。

考えられる原因

3Dプリントの壁が薄すぎる、またはその小さすぎるサイズに適していない。

提案される修正策

フィラメントの太さに合わせて、より厚い壁の厚さで設計する。

スライサーの設定で、堆積幅を壁の厚さの約数に設定し、押し出し径と層の高さと互換性を持たせる。

スライサーを変更する。

欠陥No.7：層の水平方向のずれ

症状

XまたはY方向に沿った層のずれ。

考えられる原因

ヘッドまたはプレートの移動不良。

提案される修正策

該当軸の加速度を下げる。

Pololuドライバーの電流を調整する。

Pololuドライバーの冷却を改善する

欠陥No.8：規則的なずれ

症状

特定の印刷高さから、XまたはY方向に沿ってほぼ系統的に層がずれる。

考えられる原因

Pololuの過熱による安全装置作動で、ヘッドまたはプレートの移動不良が発生する。

提案される修正策

Pololuを冷却する（換気）

Pololuの電流を調整する

欠陥No.9：角が上に反る

症状

印刷中のZ方向の変形、特にオーバーハングが大きい領域で顕著。

考えられる原因

固化不良、バイメタル効果（収縮）により、すでに冷えている前の層に堆積したフィラメントの温度差が原因。

提案される修正策

部品設計時の傾斜を大きくし、オーバーハングを軽減する

堆積したプラスチックの冷却をさらに強化する。

欠陥No.10：角の剥がれ

症状

部品の角がプレートから剥がれ、部品の底面が平坦ではない。

考えられる原因

部品とプレートの接着不良

材料の収縮率が高すぎる

最初の層が十分に「押しつぶされていない」

提案される修正策

材料を変更する

接着剤を使用する（糊、3Dラッカー、粘着テープなど）

プレートの高さを正しく調整する

最初の層をより薄く設定し、ビードをより押しつぶす

ブリムを作成する

プレートを加熱する

サポートを清掃・脱脂する

充填戦略を変更する。下面の充填を直線状ではなく同心円状にすることで、より等方的な収縮が得られ、内部のハニカム充填がバイメタル効果を回避する。

内部充填密度を下げる。

欠陥No.11：押し出し密度が低い

症状

材料密度が不適切。

考えられる原因

材料流量が少なすぎる。

提案される修正策

ノズルの詰まりを解消する

挤出機の上流でフィラメントが詰まっている

フィラメント送り機構を見直す（ニブスクリューに問題はないか？）

ローラーへの圧縮バネの圧力を高める。

欠陥No.12：角の形成不良

症状
角が十分に鋭くない、あるいは角が「膨らんで」おり、部品の寸法が局所的に増加する。

考えられる原因
ノズルの停止、あるいは過度な減速により、角に過剰な材料が堆積する。

提案される修正策

意図的に部品の角を丸める（鋭角の代わりに小さなフィレットを配置し、希望する実際の「鋭角」を得られる適切な値を見つける）。
軸制御の「ジャーク」値を上げる。これは通常、ファームウェア（Marlin、RepetierFirmwareなど）の設定で行う。3Dプリンタードライバーにおけるジャークの概念は特殊で（力学で使われる科学的概念とは異なる）、鋭角を通過する際に許容される理論上の速度の不連続性を定義するもので、隣接する2つの軌道の速度ベクトル間のベクトル差として計算される。「ジャーク」を下げると、ファームウェアは角に到達する前にヘッドの移動を減速させるが、ノズルから堆積される材料の流量はそれほど制御されず減速しないため、その領域に過剰な材料が堆積することになる。

このジャーク修正を、ほぼ長方形の小さな部品（横の写真を参照）でRepetier Firmwareを使用してテストした。部品はCuraでスライスされ、層の高さは0.2mm、外周の印刷速度は45mm/sで印刷された。ノギスで測定した面間の距離は4つの部品すべてで25.00mmであり、設定されたジャーク値に応じて角間の距離は25.04mmから25.26mmまで変化した。

ジャーク（mm/s）角間の距離（mm）

5 25.26

10 25.20

20 25.10

40 25.04

ただし、ジャークを5mm/sに制限すると角にこの欠陥が発生するが、マシンの衝撃のない移動が可能になる。一方、40mm/sのジャークでは角を非常に速く通過できるが、マシンの構造（そして同じ床に置かれた椅子かもしれない）を振動させたり、必要な加速に必要なトルクを供給できない場合に軸モーターのステップロスを引き起こす可能性がある。P3-Steelでは、細かいハッチング時にオフィスの床が振動したが、キャリッジに搭載された金属製デュアル挤出機の質量にもかかわらず、構造とモーターは持ちこたえた :-)

欠陥No.13：黒い滴

症状

焼けた（黒ずんだ）プラスチックが存在する。

考えられる原因

ノズルの気密性が悪く、焼けたPLAがノズル周囲に漏れ出ている。

提案される修正策

ノズルを分解して気密性を再確保する！！

欠陥No.14：層の接合不良

症状

2つの層の界面で部品が脆い。

考えられる原因

冷却が強すぎて、堆積した層が前の層にうまく接着しない。

提案される修正策

ファンの速度を下げる

最小印刷速度を上げる（Repetier：Cooling thresholds -> min print speed）

欠陥No.15：最初の層に気泡ができる

症状

最初の層がプレートから局所的に気泡状に剥がれる。

考えられる原因

材料中に水分が含まれており、加熱プレートに接触することで徐々に蒸発する。

このタイプのPLAに対してヒートベッドの温度が不十分である可能性がある。

提案される修正策

原材料のスプールは密閉された包装に乾燥剤と一緒に保管する。

問題のある材料を乾燥させる：約3時間、40°Cのコンベクションオーブンにかける。45～50°C以上に加熱しないよう注意すること。スプール内でフィラメント同士が接着したり、フィラメントの真円度が失われるリスクがある。

ヒートベッドの温度を上げる（写真のケースでは、ヒートベッドを75°Cにすることで問題が解決した）。

マスキングテープの上に印刷する