いろいろと3Dプリンタで部品作ったりしているんですが、ネジやシャフト、ベアリングなどのはめあいがうまくいってなかったりして、部品作り直しが多いです。特に、樹脂を変えたり、３台のプリンターがありますので、空きの関係で別のプリンターで出力したりすると、微妙な寸法のずれがあったりしてがっかりな結果になることがあります。部品のデザインしなおしはなるべくやりたくないので、ちょっとよく考えなければ、と思いました。
そこで、一念発起、先日、キャリブレーションについて書いたばかりでしたが、もう少し丁寧にキャリブレーションとスライサーのパラメター調整について考えてみようと思いました。下記に忘備録としてまとめておきます。
１．ノズル径の測定と調整
フィラメントが違えば、径も違えば、性質も違う。様々な要因で、樹脂の押し出し量が微妙に異なってきます。この押し出し量は、部品の出来上がり品質に大きな影響がありますので、それなりにきっちりと調整してあることが望ましいです。
まず、フィラメントの径をノギスで測定。私の使っている樹脂は1.74mm径でしたが、だいぶ前に購入したものは湿気を含んだのか1.77mmと少し膨れたものもありました。
次に、押し出しモーターの動きの量を確かめます。フィラメントにマークをつけて10cm程度押し出し、フィラメントのマークがどれだけ動いたかで調べます。これはプリンターを作ったときに確認してありますので、問題なし。
次に、予熱をして、フィラメントを10mm押し出しをして、ノズルから出てくるフィラメントの径と長さを測定しました。径は新しい2台のプリンターからは0.44mmでしたが、だいぶ前から使っているプリンタのノズルの方は、ちょっと太めの0.51mm程度になっていました。少し摩耗して穴径が大きくなってしまっているのかもしれません。
押し出された細いフィラメントの長さはこれも正確な測定が難しいですが、それぞれ127mm, 142mm, 165mm とそれぞれかなり違った長さになりました。
この押し出されたフィラメントの長さから、ノズルの径の推算をしてみます。
例えば、押し出された 1.77mm径 フィラメントの長さが165mmの場合ですと、押しこんだプラスチックの容積＝(1.77/2)^2 * 3.14 *10 =押し出されたプラスチックの容積 (d/2)^2*3.14*165 (ノズルの径d (mm))ということになりますので、d=0.44mm と計算されます。
同様に他の結果についても計算してみましたら、押し出されたフィラメントの径とほぼ同じ結果が得られましたので、押し出されたフィラメントの径を、ノズルの径としてよいと思います。
その結果をプリンターのノズルの径のデータに反映させ、ノズルの径と同じ厚みのシェルを出力させたとき、１００％吐出レートで出力した場合、ちょうど出力されたシェルの厚みも、ノズルの径と同様になっているべきです。
これまで、ノズル径は無邪気に0.4mm固定と考えていて、吐出レートを変えてシェルの厚みを調整するという考え方をしていたのですが、おそらくこれは間違いだと考えています。
これまでの調整ではノズル径を0.4mm前提に吐出量を90%前後に調整するのが出来上がりが良かったのです。しかし、これは何となく説明が合わないですが・・・
一番左のがABSで出力。右３つが、吐出レートを変えて、層厚を計測したもの。吐出レートを下げていくと、あるところから層間がはがれやすくなる。はがれやすくならないレンジでレートを下げると、シェルの厚みは、ノズルの径が下限となる。
２．はめあいチェック用のゲージを印刷する。
押し出しなど含め、機械をねらい通りに動くようにしたとしても、樹脂の種類によって熱収縮などの度合いが違いますから、はめあいが多少変わってくるのは仕方がないと思われます。
そこで、実際の部品を取り付けてどのようなはめあいのデータをつくればよいか、あらかじめチェックできるゲージをデザインしました。
よく使いそうなベアリング２種類、シャフト、3mm, 4mm ネジ穴、ナットホルダー、溝幅チェック用ゲージ、これらを１枚に凝縮してみました。
左側がABSでプリント、右側がPETGでプリントしたもの。
現状ABSでプリントしたものは、0.2mm程度、PETGでプリントしたものは、0.1mm程度穴径などの寸法が小さめにでる傾向にありました。ただ、これはノズル径の測定結果を反映させたものではないので、もう一度ゲージを出力しなおしてみたいと思います。
おそらく、infill の割合（最近は20%でやっています）でもこのはめあいは影響を受けそうなので、いろいろな組み合わせでゲージを印刷して傾向をつかもうと思っているところです。