3Dプリンターのノズルを交換すべきタイミング

真鍮ノズルはタイヤと同じ消耗品です。オリフィスは最初こそきれいな真円の0.4mmの穴ですが、押し込むフィラメント1メートルごとに、壁面は少しずつ広く、少しずつ粗く削られていきます。ノズルを外して確認しようと思いつくより先に、ほぼ必ず症状のほうが現れます。

摩耗したノズルの現れ方

特に複数が組み合わさって出る場合は、次の症状に注意してください。

• 調整しても直らない押出不足。 フローを3-5%上げ、リトラクションは調整済み、フィラメントも乾いているのに、トップレイヤーに隙間ができ、壁が痩せて薄くなる。摩耗した、あるいは部分的に詰まったオリフィスは、スライサーが要求した量を送り出せません。
• 粗くザラついた表面。 傷の入ったオリフィスは、樹脂をきれいに置く代わりに引きずります。滑らかなはずの花瓶モード(スパイラル)のプリントが紙やすりのような見た目になってきます。
• ライン幅の不安定さ。 楕円に摩耗したオリフィスは、ある方向には太く、別の方向には細いラインを置きます。平らな壁の縞模様や波打った質感として現れます。
• 繰り返す詰まり。 先端が劣化するにつれ、部分的な詰まりが頻発します。ひとつ解消して1時間は問題なく印刷できても、また止まります。
• 新たな糸引きとにじみ。 膨らんだりバリの出たりした先端はリトラクション時にきれいに閉じないため、以前はきれいに出ていたプリントに細い糸が現れます。
• 目に見える損傷。 ノズルを外して先端を明かりにかざしてみてください。新品のオリフィスはくっきりした円です。摩耗したものは拡大していたり楕円だったりし、ベッドに触れ続けた開口部の周りに、平らに潰れた光沢のあるリングができていることがよくあります。

症状がひとつだけなら、たいてい先に他の原因を疑うべきです。フィラメントを乾燥させ、PTFEカプラーを確認し、エクストルーダーギアを清掃しましょう。2つか3つが同時に現れて調整しても消えないなら、ノズルを疑ってください。

研磨性フィラメントでは真鍮は速く摩耗する

素のPLAやPETGは真鍮に優しい材料です。厄介なのは、硬い粒子が混ぜ込まれたものすべてです。

• カーボンファイバー入り・ガラス繊維入りフィラメント
• 木材、コルク、その他の「充填系」コンポジット
• 蓄光フィラメント(蛍光体は要するに小さな石です)
• グリッター、メタリック、ラメ入りフィラメント
• 一部のマットPLA(つや消しの質感のためにミネラル充填材を使っています)

カーボンファイバー入りPLAは、真鍮ノズルをきれいな0.4mmからガバガバの0.5mm超まで、50印刷時間に満たないうちに削ってしまいます。蓄光フィラメントが大きなプリント1回で真鍮の先端を目に見えて広げていくのを見たことがあります。これらをたまにでも使うなら、真鍮の使用はやめてノズルの材質を切り替えましょう。

• 硬化スチールは研磨性フィラメントによく耐え、安価なままです。トレードオフは熱伝導率の低さで、同じフィラメントでも真鍮に対しておよそ5-10Cホットエンドを上げてください。
• ルビーチップまたはタングステンカーバイド無垢のノズルは、はるかに長持ちして研磨材を物ともしませんが、価格はかなり高くなります。充填系フィラメントを常時印刷するなら価値があります。

日常のPLAとPETGには真鍮ノズルをマシンに付けておきましょう。最もきれいで予測どおりの押し出しが得られます。研磨性のスプールをセットする瞬間に、硬化スチールかルビーへ交換します。

交換間隔の目安

ノズルの寿命はフィラメント、温度、フローの押し込み具合によって変わるため、これらは絶対のルールではなく出発点として扱ってください。

• 真鍮 + 素のPLA/PETG: 品質が落ち始めるまでおよそ250印刷時間。もっと長くもつものも多いですが、そのあたりで点検を。
• 真鍮 + 研磨性フィラメント全般: 20-50印刷時間、時にはそれ未満。正直なところ、やめておきましょう。
• 硬化スチール: 研磨材に対して真鍮の数倍の寿命。一般に500-1000印刷時間以上。
• ルビーまたはタングステンカーバイド: 通常使用なら実質的に何年ももちます。引退の理由はたいてい衝突や頑固な詰まりで、摩耗ではありません。

ノズルは数ドルです。疑わしいなら、午後いっぱい幻を追いかけるより交換してしまいましょう。交換日と累計印刷時間を記録しておけば、次の判断は当て推量ではなくデータになります。

何も壊さずにノズルを交換する

熱い樹脂、熱いブロック、そして不注意なら折れてしまう細いヒートブレイク。大半をカバーするルールはひとつです。ノズルは熱い状態で交換し、ヒーターブロックを固定して、ヒートブレイクを決してねじらないこと。

1. ホットエンドを印刷温度まで加熱します(最後にPLAで使ったノズルなら200-220C前後)。ネジ山の中の樹脂が溶けていないと接着剤のように固着しており、冷えたノズルを無理に回すことがヒートブレイクの折れる原因です。
2. フィラメントを引き戻すか取り外し、両手が届く位置にツールヘッドを移動します。
3. ヒーターブロックをレンチかプライヤーで押さえます。 ここが省略されがちなステップです。ブロックを固定せずにノズルにトルクをかけると、その上の細いヒートブレイクチューブをねじ切ってしまうことがあります。
4. もう1本のレンチでノズルを緩め(ほとんどの真鍮ノズルには7mmが合います)、回して外します。すべてが熱い状態です。プライヤーか綿の手袋を使い、素手は厳禁です。
5. 熱いうちに新しいノズルをねじ込みます。 ほぼ最後まで入れたら、半回転ほど戻します。
6. 最後の締め付けは温度が上がった状態で行い、ブロックとノズルが膨張して互いに密着するようにします。しっかりと、ただし馬鹿力は禁物です。冷えた状態で締めると隙間が残り、樹脂がネジ山を這い上がって固着した塊になります。
7. Zオフセットの再設定または再レベリングをします。 新しいノズルが古いものとまったく同じ高さに収まることはめったにありません。
8. パージしてから1層目のテストを実行し、本番ジョブの前に押し出しとオフセットを確認します。

先端ではなくノズルの根元周辺から樹脂がにじみ出てくる場合、それはシール不良です。再加熱して温度が上がった状態で締め直せば解消します。

5分でできる修理

素のPLAとPETG用に真鍮ノズルを1本、研磨性フィラメント専用に硬化スチールまたはルビーのノズルを1本用意しておきましょう。カレンダーではなくスプールに応じて交換し、そのたびに日付と印刷時間を書き留めます。押出不足、粗い壁、不均一なライン幅が同時に現れて調整しても消えないときは、ノズルを外し、明かりにかざしてオリフィスを確認し、新品をねじ込みましょう。数ドル・5分の作業で、「プリンターが急に調子悪くなった」問題の驚くほど多くが直ります。