3D-printing in het onderwijs


Troubleshoot

Bij het 3D-printen kan er af en toe wel eens iets foutlopen. Het hele proces is immers een complex samenspel van allerlei factoren. Het spreekt voor zich dat als bij bepaalde van deze factoren een probleem optreedt, dit nadelige gevolgen zal hebben op het geprinte eindresultaat. We geven een beknopt overzicht van de 10 meest voorkomende problemen bij het 3D-printen en hoe je deze problemen kan vermijden of oplossen.

Algemene tip

Maak steeds gebruik van een ‘skirt’. Een skirt is een omlijning van het printobject, maar raakt zoals de ‘brim’ het object niet aan. De skirt wordt net als de ‘brim’ en ‘raft’ als eerst geprint en dient als een proefdruk. Het zorgt voor een vlotte en juiste doorstroming van filament en geeft de gebruiker de tijd om eventuele fouten te corrigeren. Denk hierbij aan een niet correct afgesteld printbed of andere printinstellingen.

De top-10!

Bij ‘warping’ of kromtrekken komt een deel van de print los van het printbed. Dit is te wijten aan het afkoelen en krimpen van de eerste printlagen. Dit kan verholpen worden door gebruik te maken van een verwarmd printbed of door de hechting van de eerste laag te verbeteren.

Je kan ook werken met een zogenaamde ‘brim’. Een brim kan je zien als de fundering van je printobject. Het zorgt ervoor dat het object niet gaat krullen en beter blijft hechten aan het printbed. Dit komt doordat de brim om het object heen wordt geprint en daardoor als eerste krult.

Een ‘raft’, of ook wel ‘vlot’, is dan weer een ondergrond waar het object op wordt geprint. Het is een scheidingslaag tussen het verwarmde bed en het object. De raft wordt ook meestal gebruik bij het printen van ABS-filament. De raft helpt het tegengaan van ongelijkmatige koeling of kromtrekken van de onderste lagen van het object. De raft kan ook worden gebruikt om het object te stabiliseren. Het dient dan als het ware als een sterke basis waarop het object kan worden geprint.

We spreken van een elephant foot wanneer de onderste lagen ongewild breder dan zijn de andere lagen. Dit komt doordat men tracht de eerste laag zo goed mogelijk te laten hechten op het printbed. Hierdoor wordt deze laag dichter tegen het printbed geprint en dus breder uitgesmeerd. Het is een beetje zoeken naar een evenwicht waarbij je niet te dicht tegen het bed mag printen maar wel dicht genoeg om voldoende hechting te realiseren, anders krijg je al snel last van warping.

Door het printbed iets verder van de nozzle te plaatsen, wordt het filament minder in het build platform gedrukt waardoor het uitzakken wordt tegengegaan. Daarnaast kan je ook de temperatuur van het printbed iets verlagen, het filament zal dan wat minder uitzakken.

Bij ‘pillowing’ vertoont het oppervlak van de print bulten en gaten. De oorzaken liggen vaak bij onvoldoende koeling en/of het niet dik genoeg zijn van de toplagen.

Een mogelijke oplossing bestaat er daarom in de koelventilatoren van de printkop op de hoogste snelheid te laten draaien zodra de bovenste lagen geprint gaan worden.

Wat je ook kan proberen, is de ‘top thickness’ van je print in de slicer-software te gaan aanpassen. Een vuistregel is dat het object een minimale ‘top thickness’ van 6 maal de laagdikte moet hebben.

Stringing is te herkennen aan dunne draadvorming in openingen tussen geprinte delen van het object. Dit wordt veroorzaakt doordat de printkop zich moet verplaatsen zonder te printen, terwijl er toch nog filament uit de printkop komt. Er wordt dan een draad getrokken die niet gewenst is. Dit probleem kan opgelost worden door de ‘retraction’ instellingen in de slicer-software aan te passen. De printer kan daarmee worden geinstrueerd om het filament enigszins terug te trekken wanneer dit gewenst is. De ‘retraction settings’ kunnen soms ook op de printer zelf (zoals bij de Ultimaker 2) aangepast worden.

Stringing kan ook worden tegengegaan door de ‘travel speed’ van de printkop te verhogen.

Daarnaast kan je ook de temperatuur van de printkop verlagen, het stringing-effect kan hier mogelijks worden door verminderd. Wanneer de temperatuur tijdens het printen stapsgewijs wordt verlaagd, zal het effect steeds kleiner worden. Let echter op dat je binnen de temperatuurtoleranties van het gebruikte filament blijft. Door met een lagere temperatuur te printen kan er ook ‘underextrusion’ ontstaan, dus dat er juist te weinig filament uit de printkop komt.

Ook het extruderen van te veel plastic (‘overextrusie’) kan soms voorkomen. Dit fenomeen treedt op wanneer de printer meer materiaal neerlegt dan eigenlijk nodig is om het gewenste model te maken. Het resultaat is een te veel aan materiaal dat zich aan de buitenkant van het object ophoopt. De oorzaak van deze fout ligt meestal in een verkeerde instelling van de ‘slicing software’ waardoor de printer te veel bouwmateriaal aanlevert.

Het extruderen van te weinig plastic (‘underextrusion’) komt voor wanneer het geprinte object niet dicht is wanneer dit wel zo zou moeten zijn. Het object vertoont dan meestal vele gaatjes in bepaalde oppervlakken. Ook kan het voorkomen dat er lagen ontbreken of dat er lagen zeer dun worden geprint. Dit wordt veroorzaakt doordat de printer te weinig filament aanvoert.

Enkele tips:

Verhoog de ‘flow’ niet. Het lijkt logisch om bij underextrusion de flow van filament te verhogen. Toch heeft dit niet het gewenste effect.

Temperatuur is van invloed op underextrusion. Door bijvoorbeeld op hogere snelheid te printen, heeft het filament minder tijd om warm genoeg te worden. Filament wordt hierdoor stroperiger en heeft een hogere druk nodig om door de nozzle te kunnen komen. Door de temperatuur van de printkop te verhogen, is dit probleem op te lossen. Let wel op dat dit niet ongelimiteerd werkt. Als (bijvoorbeeld) PLA boven de 245 graden Celsius wordt verwarmd, veranderen de eigenschappen van het materiaal. Hierdoor kan er verstopping in de printkop ontstaan.

De laatste meters filament van een spoel zijn in een kortere cirkel op de spoel gezet. Hierdoor zal er een sterkere druk in de aanvoerbuis naar de printkop ontstaan. Voor normale printopdrachten zal dit geen probleem zijn. Het is beter om met deze laatste meters filament geen printopdrachten uit te voeren die al tegen de limieten van snelheid en/of temperatuur aan zitten.

Voor een soepele doorvoer van filament is een ongehinderde aanvoer van belang. Controleer daarom of het filament wel soepel van de spoel afrolt. De doorgang van de printkop en de diameter van het gebruikte filament dienen tevens op elkaar afgestemd te zijn. Kwaliteitsfilament wordt hierop gecontroleerd en heeft slechts een zeer beperkte maximale tolerantie. Meer info vind je op onze pagina over filament.

Een te hoge temperatuur kan al snel tot minder geslaagde 3D-prints leiden. Daarom is de temperatuurinstelling van de nozzle tijdens het 3D-printen erg belangrijk. Een kleine verandering van 5 tot 10 °C  kan vaak al zichtbaar andere 3D-print resultaten leveren. Wanneer er geprint wordt met een te hoge temperatuur wordt het filament namelijk te vloeibaar, waardoor het zijn vorm slecht behoudt nadat het ‘neergelegd’ is door de printkop. De printlaag heeft dan niet de juiste vorm, waardoor alle lagen die daarop volgen ook niet goed zullen aansluiten en vervolgens ook van vorm veranderen door de slechte ondergrond en de nog steeds te hoge nozzletemperatuur.

De ideale temperatuur is natuurlijk afhankelijk van het materiaal (controleer steeds de eigenschappen van het gebruikte filament en pas je temperatuur vervolgens aan) en de printsnelheid. Bij een hoge printsnelheid heeft het filament immers minder tijd om op te warmen. Daardoor zal het dan net weer niet warm genoeg zijn wanneer het de nozzle verlaat. Dit kan op zijn beurt onderexrusie veroorzaken.

Ringing is een fenomeen dat optreedt wanneer je kleine golven of schaduwen die meestal verschijnen rond scherpe hoeken kan waarnemen. Het ongewenste effect treedt op wanneer de printkop een plotselinge richtingsverandering moet maken, dit kan (zeker wanneer de printkop vrij zwaar is) vibraties veroorzaken die worden weergegeven op de afdruk. Om ringing tegen te gaan, kan je best de afdruksnelheid vertragen.

Als je een item wil printen dat veel schuine oppervlaktes (overhang) met een hoek van meer dan 40 graden bevat, bestaat de kans dat deze overhang niet helemaal geprint wordt zoals het zou moeten. Het filament kan tijdens het printen dan al snel omhoog gaan krullen (warping).

De oplossing ligt erin de snelheid van de koelventilator te gaan verhogen. Door iedere laag af te koelen alvorens de volgende laag erop wordt gelegd, maak je minder kans lelijke vervormingen aan de oppervlaktes van je print.

Indien de de snelheid van de koelventilator verhogen geen oplossing biedt, kan je de nozzletemperatuur ook nog wat gaan verlagen. Een lagere temperatuur zorgt er namelijk voor dat het filament zijn vorm het beste behoudt en niet te vloeibaar wordt. Overdrijf hier niet in, want een te lage nozzletemperatuur leidt dan weer tot onderextrusie.

Dit probleem is te wijten aan fouten in het model. Terug naar stap 1 dus: controleer je bestand op eventuele fouten!