ปัญหาการยึดติดของ Build Plate ในเครื่องพิมพ์ขนาดใหญ่

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบขนาดใหญ่มีศักยภาพในการเปิดศักยภาพในการผลิตชิ้นงานต้นแบบ ชิ้นส่วนเครื่องมือ และชิ้นส่วนสำเร็จรูปที่มีขนาดใหญ่ภายในหนึ่งเซสชันการพิมพ์ แต่ขนาดที่ใหญ่ขึ้นนี้ย่อมนำมาซึ่งปัญหาปวดหัวที่ไม่สิ้นสุด โดยเฉพาะการยึดติดของชิ้นงานกับพื้นฐานการสร้างมักจะกลายเป็นจุดสำคัญที่ทำให้เกิดความล้มเหลวหรือความยุ่งยากที่ใช้เวลานานและมีค่าใช้จ่ายสูงอย่างมหาศาล แม้กระทั่งขนาดของชิ้นงานหรือเตียงพิมพ์เองก็ตาม ยังคงมีความท้าทายเฉพาะตัวที่ต้องอาศัยวิธีแก้ไขเฉพาะด้วยเช่นกัน

เหตุใดขนาดใหญ่จึงทำให้ปัญหาการยึดติดแย่ลง:

1. ความเครียดจากความร้อนเพิ่มมากขึ้น: ชิ้นงานขนาดใหญ่มีปริมาณวัสดุมากกว่าแบบทั่วไปถึงหลายสิบเท่า เมื่อวัสดุประเภทนี้หดตัวและเย็นตัวลง จะเกิดแรงเครียดภายในที่มีขนาดใหญ่มาก แรงดังกล่าวจะถูกสะสมไว้ที่ชั้นแรกของชิ้นงาน ซึ่งเป็นบริเวณที่สัมผัสกับพื้นฐานการสร้าง ความแตกต่างของอุณหภูมิขณะเย็นตัวในพื้นที่ขนาดใหญ่นั้นมีมากกว่าบนเตียงพิมพ์ที่กว้าง ทำให้เกิดแรงบิดงอที่มากขึ้น ซึ่งจะดึงให้ขอบชิ้นงานยกตัวขึ้น

2.การใช้แรงคานและแรงบิด: ชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่และแบนราบทำหน้าที่เสมือนคานที่มีแขนยาว แรงบิดหรือการยกเล็กน้อยที่มุมใดมุมหนึ่งก็สามารถสร้างแรงที่มีอานาจมากเพื่อพยายามดึงชิ้นงานพิมพ์ทั้งหมดให้หลุดออกจากฐานพิมพ์ การยกเพียงเล็กน้อยอาจเพียงพอในชิ้นงานพิมพ์ขนาดเล็ก แต่สำหรับชิ้นงานพิมพ์ขนาดใหญ่จะมีแนวโน้มที่จะเกิดการหลุดลอกที่รุนแรงได้

3.ความบกพร่องของพื้นที่ผิว: การทำให้ได้ผิวเรียบแบนสมบูรณ์แบบบนพื้นผิวฐานพิมพ์ที่มีขนาดใหญ่มากนั้นเป็นเรื่องยากกว่ามาก โดยเฉพาะความแตกต่างของระดับความสูงหรือจุดนูนหรือจุดบุ๋มที่อาจไม่ใช่ปัญหาในฐานพิมพ์ขนาดเล็ก แต่กลับกลายเป็นปัญหาร้ายแรงเมื่อชั้นวัสดุแรกต้องทอดข้ามตำแหน่งเหล่านั้น นอกจากนี้ น้ำมัน ฝุ่น และสิ่งสกปรกอื่น ๆ จะมีพื้นที่ผิวในการเกาะยึดได้มากขึ้นด้วย

4.เวลาในการพิมพ์ที่ยาวนาน: การพิมพ์ขนาดใหญ่อาจใช้เวลานานหลายชั่วโมง แม้กระทั่งหลายวัน ช่วงเวลาที่ยาวนานนี้ทำให้แรงดันความร้อนสะสมและส่งผลต่อพื้นผิวการยึดติดกันได้มากขึ้น ลักษณะของสภาพแวดล้อม เช่น ลมพัดหรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในห้อง ยังส่งผลสะสมที่มากขึ้นในช่วงเวลาดังกล่าว

5.พฤติกรรมของวัสดุ: วัสดุที่มีแนวโน้มจะหดตัวและงอ (เช่น ABS, ไนลอน หรือแม้แต่ชิ้นงาน PETG ขนาดใหญ่) จะมีแนวโน้มมากยิ่งขึ้นเมื่อเพิ่มขนาด แรงที่เกิดขึ้นสามารถเอาชนะเทคนิคการยึดติดปกติได้อย่างง่ายดาย

กลยุทธ์เพื่อให้การยึดติดขนาดใหญ่ประสบความสำเร็จ:

การเอาชนะความท้าทายนี้ จำเป็นต้องใช้แนวทางที่หลากหลาย:

1.การเตรียมฐานอย่างระมัดระวัง:

การทำความสะอาดมีความสำคัญสูงสุด: ก่อนเริ่มพิมพ์แต่ละครั้ง โดยเฉพาะงานขนาดใหญ่ ให้ทำความสะอาดพื้นผิวฐานด้วยแอลกอฮอล์ไอโซโพรพิลที่มีความบริสุทธิ์สูง (IPA >90%) หรือสารทำความสะอาดเฉพาะทาง ศัตรูสำคัญคือคราบมันจากนิ้วมือ

การปรับระดับความแม่นยำ: ใช้กลไกการปรับระดับฐานการพิมพ์ (แบบแมนนวลหรืออัตโนมัติ) ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ควรทำการปรับระดับให้แม่นยำที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อวิเคราะห์และชดเชยความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวตลอดฐานพิมพ์ ควรตรวจสอบระดับใหม่เป็นประจำ

การเลือกพื้นผิว: เลือกพื้นผิวที่ให้การยึดเกาะที่ดี ตามวัสดุที่คุณใช้เป็นประจำ (เช่น PLA/PETG = แผ่น PEI พื้นผิวหยาบ, ไนลอน = แผ่นการอลิท เป็นต้น) ทำให้พื้นผิวเรียบเนียนและปราศจากตำหนิ

2.การปรับแต่งการตั้งค่าเลเยอร์แรก:

ลดความเร็วลง: พิมพ์เลเยอร์แรกให้ช้าลงมาก (เช่น 15-30 มม./วินาที) สิ่งนี้ช่วยให้เส้นแต่ละเส้นวางได้แม่นยำและยึดติดแน่นก่อนที่จะเคลื่อนที่ไปยังเส้นถัดไป

กดให้แบนเล็กน้อย: ความสูงหัวฉีด (Z-offset) ที่เหมาะสม ชั้นล่างสุดควรถูกกดให้แบนเพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัสสูงสุด แต่ไม่ควรต่ำจนเกินไปจนทำให้หัวฉีดขูดหรืออุดตัน

เพิ่มอุณหภูมิ: ตั้งอุณหภูมิหัวฉีดและอุณหภูมิฐานให้สูงขึ้นเล็กน้อยในขณะพิมพ์เลเยอร์แรก เมื่อเทียบกับส่วนอื่นๆ ของชิ้นงาน สิ่งนี้ช่วยเพิ่มการไหลและการยึดติดของวัสดุ

3.การใช้ตัวช่วยยึดติดที่มีประสิทธิภาพ:

ขอบฐาน (Brim): การใช้ขอบฐานที่หลวม (5-15 มม. หรือมากกว่า) มีความจำเป็นในหลายกรณี ช่วยเพิ่มพื้นที่ในการยึดติดกับฐานพิมพ์อย่างมีนัยสำคัญ ทำหน้าที่เสมือนสมอคอยยึดเหนี่ยวเพื่อต่อต้านแรงบิดที่จะดึงรอบขอบชิ้นงาน

แผ่นฐาน (Rafts): ในกรณีของวัสดุหรือรูปทรงเรขาคณิตที่ยากเป็นพิเศษ ซึ่งมีแนวโน้มจะเกิดการบิดงอจนไม่สามารถแก้ไขได้ การใช้แผ่นฐานสามารถให้การยึดติดที่มีความแข็งแรงสูงสุด พร้อมทั้งช่วยแยกทางด้านความร้อนระหว่างชิ้นงานกับฐานพิมพ์ แต่จะเพิ่มเวลาในการตกแต่งหลังการพิมพ์และใช้ปริมาณวัสดุมากขึ้น

สารยึดติด (Adhesives): สารยึดติดที่มีคุณภาพดี ซึ่งผลิตในรูปแบบของสารละลายที่ทนความร้อนสูง (เช่น สารละลาย ABS ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ สารยึดติดที่มีส่วนผสมของ PVA หรือแม้แต่สเปรย์ฉีดผมที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับงานพิมพ์สามมิติ) สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพบนพื้นที่ขนาดใหญ่ ควรใช้ในปริมาณที่เหมาะสมและให้เคลือบบางและสม่ำเสมอ

4.การควบคุมสภาพแวดล้อม:

กล่องครอบชิ้นงาน: ควรให้ความสำคัญกับการใช้กล่องครอบชิ้นงานอย่างมากเมื่อใช้พลาสติก ABS หรือไนลอน เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มักได้รับประโยชน์จากการใช้กล่องครอบชิ้นงานเป็นอย่างมาก กล่องครอบช่วยรักษาอุณหภูมิแวดล้อมให้คงที่และสูงในระดับหนึ่งจากทุกด้านของชิ้นงาน ลดอัตราการเย็นตัวและแรงดันจากอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ซึ่งจะช่วยลดการบิดงอของชิ้นงานอย่างมีนัยสำคัญ ในระหว่างการพิมพ์ควรมีช่องเปิดของกล่องครอบให้น้อยที่สุด

กระแสลม: หลีกเลี่ยงการวางเครื่องพิมพ์ในบริเวณที่มีกระแสลมจากช่องแอร์ พัดลม หรือหน้าต่างหรือประตูที่เปิดอยู่ ซึ่งอาจทำให้เกิดการเย็นตัวที่ไม่สม่ำเสมอ

5. ข้อควรคำนึงในการออกแบบโมเดล:

หลีกเลี่ยงมุมแหลม: มุมแหลมบนพื้นผิวแบนขนาดใหญ่คือจุดที่มักเกิดการบิดงอของพื้นผิว การแบ่งย่อยมุมหรือการเพิ่มส่วนโค้งมน (fillets) ที่ฐานของโมเดล จะช่วยกระจายแรงดันให้ทั่วทั้งชิ้นงาน

การวางแนว: หากเป็นไปได้ ควรจัดวางชิ้นงานในลักษณะที่ไม่ให้พื้นผิวแบนขนาดใหญ่ที่ปิดทั้งหมดสัมผัสกับฐานโดยตรง สามารถแก้ไขได้โดยการเอียงโมเดลในบางกรณี