3Dプリンターが造形の途中で押し出しを止める:ヒートクリープの診断と対処

ノズルの押し出しが止まったとき、ヒートクリープを見分ける方法

ヒートクリープには見分けやすいパターンがあります。造形はきれいに始まり、最初の数層は問題なく見えますが、やがて流量が細り、最後には止まります。その間もツールヘッドは何事もなかったかのようにパーツをなぞり続け、画面は沈黙したままです。Prusa Knowledge Baseによると、押し出しの停止と動作の継続がエラーなしで同時に起きるこの組み合わせは、電子部品の故障ではなく、ヒートクリープの典型的な特徴です。

エクストルーダーのそばで耳を澄ませてください。Prusaは、モーターが、駆動ギアにはもう動かせないフィラメントを押し込もうとし続けるときに、カチカチ、チクチクという音がすると説明しています。フィラメントを引き抜くと、加熱部のすぐ上に膨らんだり軟化したりした部分が見つかることがよくあります。そこはホットエンドの中で、本来はプラスチックが溶けてはいけない場所です。

これは、造形の開始時やフィラメント交換の直後に起こるノズル詰まりとは異なります。プラスチックは出るものの量が足りない、徐々に進む押し出し不足とも異なります。ヒートクリープでは、停止は突然で、順調に見えていた造形の途中で起こります。

ホットエンド内で熱を押し上げるもの

ホットエンドは、はっきりした温度の境界に依存しています。下部では、ヒーターブロックとノズルがフィラメントを溶融温度まで加熱します。その上では、ヒートブレークとファンで冷却されたヒートシンクが、モーターが押し込めるしっかりした状態にフィラメントを保ちます。Prusaによれば、フィラメントはノズルのすぐ上で溶け始め、それ以外の場所では溶けてはいけません。

ヒートブレークが熱くなりすぎると、その境界が不均一に上へずれていきます。フィラメントは経路のより高い位置で軟らかくなり、流路の壁に押し付けて膨らみ、変形するには十分温かいが溶けるほど熱くはない領域で詰まります。モーターはもがき、フィラメントを削り、最終的につかむものがなくなります。

Prusaのドキュメントは、典型的な引き金を挙げています。室温が35°C(一部のフィラメントでは30°C)を超えること、またはエンクロージャー内でプリンターを動かしていること。熱を上へ伝える金属粒子を含むフィラメントを装填していること。ノズル、ヒートブレーク、ヒートシンク間の熱伝達が悪いこと。ヒートシンクを通る空気の流れが不足していること。そして、熱をノズルから運び出すにはフィラメントの流量が少なすぎる、または遅すぎることです。

ヒートクリープに似た不具合を除外する

何かを分解する前に、簡単なものを先に片づけましょう。Simplify3Dのトラブルシューティングガイドは、いちばん明白なものから始めています。フィラメントが切れた、あるいはスプールが絡まった、というケースです。フィラメントが実際にエクストルーダーまで届き、自由に繰り出されていることを確認してください。

次に、モーターを見てください。モーターが回っているのにフィラメントが動かないなら、駆動ギアがフィラメントを削り、かみつく部分がなくなった可能性が高いです。Simplify3Dはこれを、速すぎる造形や押し出し量が多すぎることに結びつけています。削れた部分を切り落とし、きれいなフィラメントを装填し直して、再開する前に流量を下げてください。その手順は、当サイトの押し出し不足ガイドで詳しく扱っています。

多くの人を惑わすもうひとつのケースがあります。エクストルーダーのモータードライバーが過熱した場合です。Simplify3Dによると、こうしたドライバーには熱遮断機能があります。XとYの軸はツールヘッドを動かし続けますが、エクストルーダーのモーターはまったく静止し、カチカチ音もせず、押し込もうとする動きもありません。プリンターの電源を切り、電子部品が冷えるまで待ち、繰り返し起こるならボードにファンを追加することを検討してください。Simplify3Dはまた、フィラメントについたほこりがノズル内で蓄積して詰まりになることがあると指摘しているので、スプールが清潔かも確認してください。

ホットエンドの冷却を、部品ごとに確認する

ヒートシンクファンは容疑者の筆頭です。Prusaのドキュメントによると、ファンは空気をヒートシンクに送り込む向きでなければならず、引き出す向きではいけません。ファンのステッカーが見えるなら、逆向きに取り付けられています。Prusaの機種では、エクストルーダー情報画面にファン速度が表示され、ドキュメントはノズルファンの想定範囲を4000〜4400 RPMとしています。他のプリンターでは、少なくともホットエンドが高温の間ずっとファンが回っていることを確認してください。

次はほこりです。何時間も造形を続けると、ヒートシンクのフィンに細かいほこりがたまり、放熱能力が低下します。Prusaは、ファンを外してエアダスターでフィンをきれいに吹き飛ばし、ついでにファンも掃除するよう勧めています。これは、定期的なプリンターのメンテナンスのチェックリストに入れておくべきです。

詰まりを取り除くためにホットエンドを分解する場合、Prusaは、ヒートシンクと接するヒートブレークのネジ部に、コンピューターのプロセッサーに使うのと同種のサーマルペーストを塗るよう勧めています。また、PTFEチューブが奥まで差し込まれ、上下に動かずにヒートブレークにぴったり接していることも確認してください。最後に、E3D v6.1のホットエンドについて、ドキュメントはノズルの六角ヘッドとヒーターブロックの間に約0.5 mm(0.02インチ)の隙間を空けるよう求めています。ノズルは完全に締め込みますが、ヘッドがブロックに接するまで締めてはいけません。

フィラメントが熱を運び去るように保つスライサーの設定

ハードウェアの冷却は、対処の半分にすぎません。Prusaによると、ノズルを通るフィラメントが少ない、または遅いと、高温のプラスチックが十分な速さで運び去られないため、熱が上がっていく時間ができてしまいます。だからこそ、スライサーのプロファイルがヒートクリープに対する直接的な手段になります。

Prusaは3つの調整を提案しています。第一に、特にPLAでは、ベッド温度を5または10度下げます。ベッドから上がる熱がエクストルーダーの部品を温めるためです。造形中に変更する場合は、急な変化でパーツが変形しないよう、最初の層が終わる前に行ってください。第二に、積層ピッチを大きくします。0.15 mmや0.20 mmの層は、非常に薄い層よりはるかに多くのプラスチックを押し出すので、細部が必要ないパーツなら厚くしましょう。

第三に、少し速度を上げます。Prusaは、造形速度を約10%上げると効果があると述べつつ、積層ピッチ0.20 mm以下のインフィルでは200 mm/s未満にとどめるよう勧めています。この3つの変更は、副作用なしに重ねて使えます。当サイトの積層ピッチと造形温度のガイドが、細部と流量のバランスを取る助けになります。

エンクロージャー、金属充填フィラメント、暑い部屋

設計上、ヒートクリープを招きやすい構成もあります。エンクロージャーはABSやASAには最適ですが、ホットエンドのまわりに熱もこもらせます。Prusaは、35°Cを超える室温と並べて、エンクロージャーを主な原因のひとつとして明示しています。夏のガレージや換気の悪い作業場では、プリンターのそばに置いた温度計のほうが、どんなスライサー設定よりも多くを教えてくれます。

金属入りフィラメントは別物です。Prusaによると、金属粒子が熱をホットエンドの上へ伝え、溶融域を上にずらします。これらの素材を造形するなら、ヒートシンクファンとフィンの清掃にいっそう気を配り、温かいエンクロージャーと非常に薄い層の組み合わせは避けてください。

Prusaがベッド温度を下げるよう勧める際に最初に挙げているPLAの場合、多くはホットエンドを分解するのではなく、エンクロージャーの扉を開けるか部屋を換気することが答えになります。きれいで十分に冷却されたホットエンドと妥当な設定でも停止が続くなら、ノズル、ヒートブレーク、ヒートシンクの間の熱経路を疑ってください。サーマルペーストと正しいノズルの隙間で丁寧に組み直すことが、その解決の鍵です。

出典と限界

• Prusa Knowledge Base — 造形途中で押し出しが止まる（ヒートクリープ）
• Simplify3D — 造形途中で押し出しが止まる

当サイトはメーカーとコミュニティの資料を整理したもので、これらの製品を自分たちで実測したわけではありません。お使いの機種の取扱説明書が、一般的なガイダンスより優先されます。