長期間の3D印刷作業において 繊維の乾燥が重要な理由

したがって、あなたはモデルを慎重にカットし、設定を調整し、12時間、24時間、あるいは48時間の結果を示すことを期待して大きな赤いボタンを押しました。そこには大きな期待がありました。しかし数時間後、物事が徐々に狂い始めます。異常なポップ音、不安定な印刷、粗い仕上げ、あるいは甚大な層間剥離などです。印刷を台無しにしているのは、よくある盗難行為のようなものではなく、機械的またはソフトウェア的な問題でもありません。それは湿気を含んだフィラメントです。

フィラメントが湿気を吸収する理由を知ることは重要です。最も一般的な印刷用材料（PLA、PETG、ナイロン、TPU、ABSなど）の多くは吸湿性があります。これは、それらが周囲の空気中の湿気を積極的に吸収する性質を持っていることを意味します。フィラメントスプールをスポンジと考えてみてください。日々、大気中の湿気を吸収し続けている様子を想像してみましょう。

湿気を含んだフィラメントがホットエンドに接触すると何が起こるか？

プリンターのホットエンドは非常に高温であり、湿気を含んだフィラメントがこの領域に入る際に、プラスチックだけでなく急速な相変化を引き起こします。この過程で捕らえられた水分子は即座に破壊され、蒸気へと変換されます。これにより、いくつかの深刻な問題が生じます。

1. 蒸気爆発と破裂音：この高温の蒸気が溶融プラスチック内で広がることで、小さな（場合によってはそれほど小さくない）爆発が起きます。これが印刷時に特有のポップ音やヒス音の原因です。その結果、気泡が押し出されて成形されたプラスチック表面に粗くくぼんだ仕上がりが生じることになります。

2. 不安定な押出：ノズルから出てくる層流状の蒸気プラスチックは、蒸気泡によって妨げられます。その結果、流れが過剰になったり不足したりとランダムに変動します。視覚的には、波打った押出ラインや塊、でこぼこ、印刷品質の低下といった問題が発生します。

3.劣化した材料特性：分子レベルでは、湿気によって Nylon や PETG などの材料でより顕著な加水分解と呼ばれる化学反応が起こることがあります。この反応によりポリマー鎖が切断され、結果として素材の強度が低下します。プリントされた構造はもろくなり、必要な強度や耐久性を失い、層間の接着性も非常に悪くなります。層状に剥がれやすくなり、応力で破損する可能性があります。

4.ノズルのつまり：蒸発や劣化したプラスチックはノズル内部に焦げた残渣や汚れを生じることがあります。この蓄積は最終的に、長さに関係なくあらゆる印刷で部分的または完全な詰まりを引き起こします。

なぜ長時間の印刷ではこれが特に重要なのか？

湿気を含んだフィラメントは、必ずしも非常に短い印刷に対して即座に壊滅的な影響を与えるわけではありません。浅い表面の欠陥程度であれば許容されるかもしれません。しかし、長時間の印刷では個々の問題がすべて拡大されてしまうのです：

1.誤差の累積：押出や表面欠陥にわずかな不正確さがあっても、小さな印刷では問題にならない場合がありますが、数百層にもなり、さらには何時間にもわたって印刷が続くと、それらの誤差は累積・反復されて顕著になります。些細な押出不足が大きな弱層になる可能性があります。また、表面の粗さが全体を破壊します。

2.故障リスクの増加：印刷に要する時間が長くなるほど、蒸気泡による押出不良、材料強度低下による層の剥離、または堆積した残留物が原因で詰まりが発生するなど、印刷が失敗する可能性が高くなります。24時間の印刷で20時間が経過した後に失敗すると、非常に深刻な事態になります。

3.時間経過による材料の劣化：加水分解は即座に起こるわけではありません。長い印刷が進むにつれて湿気を含んだフィラメントがホットエンドに留まる時間が長くなり、そのような弱化反応が部品全体の構造に及ぼす時間も長くなっていきます。これにより、内部および外観上でも強度が低下します。

4.リソースの浪費：失敗に終わった長時間の印刷は、使用されたフィラメントだけでなく、大量の電気と何よりもあなたの貴重な時間を浪費することになります。水分による失敗を防ぐ観点からも、これは非常に重要です。

長期にわたるフィラメントの使用準備状態の維持

この問題に対する答えは、原理的には単純ですが、努力が必要です。フィラメントを乾燥させましょう。

密封保存：使ったフィラメントの巻きを取り外し、乾燥剤を入れたプラスチック製の容器に保管してください。最も良いのは真空密封袋です。

積極的な乾燥：空気（特に湿った空気）に数日以上さらされてしまったフィラメント、または水分を含んでいるように見えるフィラメント（ポップ音が出たり、もろくなったりしている）は印刷前に乾燥させる必要があります。フィラメント専用のドライヤー、または低温で温度管理された食品用の脱水器を使用してください。素材に推奨されている乾燥時間と温度を守るようにしてください。

乾燥環境からの印刷：長時間の露光で重要な印刷を行う必要がある場合、機器が許容するならば、加熱式乾燥ボックス上で印刷することを検討してください。これにより、作業中ずっと保護が受けられます。

結論から言うと

フィラメント内の湿度は目に見えない敵です。印刷時間が長くなるほど、その悪影響は指数関数的に増大します。その直接的な結果として、ポップ音、表面品質の低下、層の弱化、印刷作業の途中で重大な故障が発生する可能性などが挙げられます。長時間の3Dプリントを安定して行うためには、フィラメントの乾燥対策を後回しにするのではなく、事前に必須の準備として扱う必要があります。乾燥したフィラメントこそが、長時間印刷作業に成功するための基盤です。何時間もの努力が台無しにならないよう、湿度管理をしっかり行いましょう。