2020/03/08 11:00

Wet vs Dry filament - Source: Youtube CNC Kitchen

PLAフィラメントは大気中の水分を取り込んで吸水します。吸水率は約0.3~0.4%。PLAは吸水し、これが造形に影響する、ということはご存知の方も多いかと思います。しかし吸水すると、具体的にどんなことが起こるかということはあまり知られていません。PLAフィラメントが吸水すると、大きくは2つの現象がおきます。1つめは発泡、2つめは加水分解です。それぞれの影響を見ていきましょう。

①発泡による影響

吸水したフィラメントを溶融すると、水分が一気に膨張して気泡になります。粘度の高い溶融樹脂に気泡が発生すると吐出後すぐには消えません。そのまま造形品に気泡が混ざった状態でプリントされることになります。

ベッド密着が悪化する

吸水したフィラメントでラフトを吐出した時の画像です。クレーター状の気泡が無数に発生していることがわかります。この気泡は表面に見えている箇所だけでなく、ベッドに接触している面にも発生します。そのため見た目はベッドに密着していても、気泡があると、この分実際の接触面積が減ることになります。ベッドの密着が下がるため、造形品が剥がれる、反るなどのトラブルが起きやすくなります。
Damp filament - Source:solidoodletips.wordpress.com

積層強度が低下する

この気泡はファーストレイヤーだけでなく、造形中にも発生します。気泡ができた部分は樹脂が埋まらないため、積層強度が低下してしまいます。造形品の外観も悪化します。
Moisture in new printer filament - Source:thrinter.com

ノズル詰まりが発生する

発泡が発生し、成長することによってノズルやバレルの内圧が上昇します。この内圧はフィラメントを押し返す方向に作用するため抵抗になります。内圧は造形時間とともに次第に高くなるため、吐出追従性が次第に悪くなります。これが限界に達すると吐出ができなくなり、ノズルが詰まります。この場合の詰まりの気泡は原因であるため、ノズルを針などでつついて復旧させることも可能です。ただしフィラメントは吸水したままであるため、プリントを再度実施しても同じようにノズル詰まりが発生します。

また、内圧が上昇すると吐出に余計な力が要るため、3Dプリンタ各部品に負荷がかかります。ドライブギアの削れや支持部品の破損、吐出量不足といったトラブルも起きやすくなります。内圧が一定せずばらついた場合は、吐出が突発でうねってしまうこともあります。運悪く樹脂が下の層に定着しなくなると、SNSでよく見るモジャモジャができてしまう、といったことにもつながりやすくなります。

②加水分解

溶融した状態で水分が存在すると、PLAの分子の鎖が加水分解で切断されます。こちらは主にポリマー自体の特性が低下してしまう影響がでます。


糸引き

ポリマーの鎖が切断されることで分子量が下がり、溶融粘度が低下します。平たく言うとドロドロになります。分子の絡み合いも起きにくくなるため、ノズルからはみ出た樹脂があるとトラベルの際に不均一に伸び、細いところがさらに細く引き伸ばされることになるため、糸を引きやすくなります。正常に造形されていても樹脂自体の強度が低下する傾向となります。
3D Print Stringing - Source:all3dp.com


PLAフィラメントを乾燥すれば造形への影響を減らすことができます。ただ、ドライボックスや乾燥剤などで管理しないとまたすぐに吸水してしまい、手間がかかります。フィラメントだけを見てもどれだけ吸水しているのか判別が難しく、結局造形テストしないと状態がわからない、ということもあります。

LFY3MLFG30はPLAにフィラーを添加しており、フィラーが水分透過のバリア層として働くため吸水率が低くなっています。また、W418はポリマーに非吸水性樹脂のPP(ポリプロピレン)を使用しています。3つとも吸水の影響を受けにくい特徴があり、一旦条件を出せば造形が安定します。ご興味があれば一度お試しください。

サクサク削れて接着できる140℃耐熱PLAフィラメント LFY3M

ガラス繊維強化PLAフィラメント LFG30(高強度、耐熱160℃) 

圧倒的木質感を出せて詰まりにくい木粉PPフィラメント W418

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参考:

PLAの吸水率と保管形態による吸水率変化

吸水したPLAフィラメントの復活