3Dプリントが反る理由とその止め方
反りとは、定着問題の服を着た熱の問題です。角がベッドから浮き、パーツがめくれ上がると、人はのりを責めますが、本当の犯人は不均一な冷却です。熱を正せば、めくれのほとんどは消えます。
反りの正体
プラスチックは溶融温度から室温へ下がる過程で収縮し、その収縮は穏やかなものではありません。底のレイヤーがベッドに固定されたまま冷えて内側へ引っ張られると、綱引きに勝つのは角です。端で定着が破れ、パーツは硬くなったトルティーヤのようにめくれ上がります。接地面が大きく平らであるほど、戦うべき収縮力の総量は増えます。
だから攻め方は両側からです。パーツを収縮したがらない温度に保つこと、そして収縮できないほど強く押さえつけておくことです。
反りやすい材料とその理由
- ABSとASA: 最悪の常習犯です。ガラス転移温度が高く(100-105 C前後)、冷却時の収縮率はおよそ0.7-0.8%。温度差が大きければ、収縮も大きくなります。
- PETG: 中程度に反ります。収縮率は低め(0.3-0.4%前後)で、ほとんどのベッドに強力に食いつくため、通常は制御可能です。
- ナイロン: ひどく反り、しかも空気中の湿気を吸ってすべてを悪化させます。
- PLA: めったに反りません。収縮率が低く(約0.3%)、ガラス転移温度も低い(約60 C)。PLAが浮いているなら、それはほぼ確実に1層目や定着の問題であって、熱の問題ではありません。
熱環境を正しく整える
正しい温度の加熱ベッド
ベッドは下層のレイヤーを、収縮したがる温度より上に保ちます。材料に合った数値を使いましょう。
- PLA: 55-60 C
- PETG: 70-80 C
- ABS/ASA: 100-110 C
ABS用にベッドが100 Cに到達・維持できないなら、それだけでプリントは反ります。センサーもズレます。設定上は正しいのにパーツが浮き続けるなら、他をいじる前に赤外線温度計で実際の表面温度を確認してください。
すきま風を止めて熱を保つエンクロージャー
ABSとASAでは、数センチを超えるものにはエンクロージャーがほぼ必須です。チャンバーを暖かく保つことで(周囲温度40-50 Cで十分です)、下のレイヤーがまだ柔らかいうちに上のレイヤーが冷えて収縮するのを防ぎます。開いた窓やエアコンの吹き出し口からの横風は、それだけでABSプリントの角を層間剥離させます。オープンフレーム機に段ボール箱をかぶせるだけでも、目に見える違いが出ます。
安全上の注意をひとつ。ABSとASAは吸いたくないヒュームを放出します。換気された部屋で印刷し、エンクロージャーは屋外へ排気するか、排気をフィルターしてください。暖かく密閉された環境はプリントには良くても、肺には良くありません。
パーツ冷却を無効化または低減する
パーツ冷却ファンは、高温材料では逆効果です。ABSとASAではファンを0%に保つか、ブリッジでも最大15-20%にとどめます。PETGは少しの冷却(20-40%)を好みます。PLAは2層目以降100%が理想です。全速のファンをABSの角に向ければ、毎回確実にめくれます。
1層目で勝つ
PLAとPETGの「反り」のほとんどは、1層目が剥がれているだけです。フィラメントを責める前に、ここを正しましょう。
- ベッドをレベリングし、Zオフセットを追い込む。 1層目は、表面に乗った丸いビードではなく、わずかに押しつぶされて見えるべきです。
- ビルドサーフェスを清掃する。 PEIはイソプロピルアルコールで拭きます。皮脂はあっという間に定着を損ないます。ガラスの場合は、スティックのりかヘアスプレーの薄い膜がPETGやABSの足がかりになります。
- 1層目を15-25 mm/sに減速し、ノズルを普段より5-10 C熱くします。
- 1層目のラインを太くする(押出幅120%前後)ことで接触面積を増やします。
定着補助と賢い形状を使う
- ブリム: 5-10 mmのブリムは、パーツの周囲に幅広の樹脂のリングをベッドに固定し、角を押さえつけます。中型プリントに対する単体で最も効果的な反り対策の設定です。
- ラフト: 重くて無駄も多いですが、接地面のごく小さいパーツや、何をしても手強いフィラメントでは役に立ちます。
- のりまたはスラリー: PVAスティックのり、専用のベッド定着剤、ABSスラリー(アセトンに溶かしたABSの端材)はいずれもグリップを増します。アセトンは引火性で蒸気も有害なので、窓を開けて調合・塗布してください。
- 角を丸める: 鋭い90度の角は応力が集中し、最初に浮きます。底面の角に3-5 mmのフィレットか面取りを入れると荷重が分散します。モデルを編集できるなら、ぜひやりましょう。
- マウスイヤーを付ける: 角に小さな平らな円盤を追加すると、応力の集中する箇所のベッド接触が増えます。印刷後に切り落とせば済みます。
冷却をゆっくりにする
温度の下がり方が穏やかであるほど、プラスチックが自分自身と戦う度合いは減ります。
- パーツは室温近くまで冷えるまでベッドに載せたままにします。熱いベッドから温かいパーツをこじって外すのは、めくれを招く行為です。
- ABSでは、印刷が終わった瞬間に扉を開けるのではなく、閉めたままエンクロージャーごと冷まします。熱いパーツへの突然のすきま風は、印刷中と同じダメージを冷却中にも与えます。
- ナイロンなどの吸湿しやすいフィラメントは乾燥した状態を保ちます。湿ったフィラメントはノズルでシューと鳴り、粗く印刷され、反りも悪化します。メーカー推奨温度(一般に45-80 Cで、ナイロンは高いほう、PLAは低いほう)のフィラメントドライヤーで乾燥させましょう。スプールが固まりに融着しないよう、フィラメントのガラス転移温度より低く保ってください。
実践的なまとめ
材料に適したベッド温度、清潔で水平な1層目、5 mmのブリム。この3点セットで、PETGとPLAの反りの大半は片付きます。ABSやASAでは、エンクロージャー、ほぼゼロのパーツ冷却、十分な換気を必須条件として扱い、パーツに触れる前にゆっくり冷ましましょう。ようやくうまくいく組み合わせが見つかったら、その材料のベッド温度、チャンバー温度、ファン設定を書き留めてください。次のプリントでゼロから再発見するのではなく、同じ結果を再現するためです。