Ý chính
- Hai tác dụng, hai nhóm vật liệu. Ứng suất nội thì vật liệu nào cũng giải phóng được; độ kết tinh thì chỉ nhựa bán tinh thể mới tăng được.
- Với nylon, ủ nhiệt không phải một tuỳ chọn nâng cấp. HDT 215 °C của PA6-CF20 trên bảng dữ liệu là giá trị của mẫu đã ủ — chi tiết chưa ủ không có con số đó.
- Chi tiết sẽ co theo phương X và Y và thường cao lên theo phương Z. Mức co phụ thuộc hình dạng và mật độ điền đầy, nên phải đo trên mẫu thử chứ không tra bảng.
- Ủ nhiệt không sửa được việc chọn sai vật liệu. Một chi tiết PLA đã ủ vẫn không phải chi tiết dùng trong cabin xe giữa trưa.
Ủ nhiệt là bước hậu xử lý duy nhất thay đổi được bản thân vật liệu chứ không chỉ bề mặt của nó. Nó cũng là bước bị hứa hẹn quá mức nhiều nhất trên mạng: những video cho thấy một chi tiết PLA sau khi ủ chịu được nước sôi thường không cho thấy chi tiết đó đã co lại bao nhiêu và cong đi thế nào.
Ủ nhiệt làm hai việc khác nhau
Một: giải phóng ứng suất nội
Mọi chi tiết FDM đều mang ứng suất, vì mỗi lớp được đùn nóng rồi nguội nhanh trong khi lớp dưới đã nguội xong. Giữ chi tiết ở nhiệt độ đủ cao để các mạch phân tử dịch chuyển được một chút sẽ cho phần ứng suất đó thoát ra. Kết quả là chi tiết ít nứt bất ngờ hơn, ít cong theo thời gian hơn — và cong ngay lúc ủ, chứ không cong ba tháng sau trên bàn khách hàng. Việc này áp dụng cho mọi loại nhựa.
Hai: tăng độ kết tinh
Chỉ nhựa bán tinh thể mới làm được. Trong PLA, PA, PP hay PPS, các mạch phân tử có thể xếp lại thành vùng trật tự khi được giữ ở nhiệt độ thích hợp. Vùng tinh thể cứng hơn, chịu nhiệt tốt hơn và kháng dung môi tốt hơn phần vô định hình quanh nó, nên tỷ lệ tinh thể tăng thì mô đun và nhiệt độ biến dạng nhiệt tăng theo. Đây mới là phần đổi được cơ tính, và nó không xảy ra với PETG, ABS, ASA hay PC — ba loại đó vô định hình, ủ bao lâu cũng chỉ được tác dụng thứ nhất.
Vật liệu nào được gì
| Vật liệu | Cấu trúc | Ủ nhiệt đem lại gì |
|---|---|---|
| PLA | Bán tinh thể | Tăng độ cứng và khả năng chịu nhiệt rõ rệt, kèm co ngót lớn |
| PLA-CF | Bán tinh thể, có sợi | Như PLA nhưng biến dạng ít hơn — sợi giữ hình dạng |
| PETG | Vô định hình | Chỉ giải phóng ứng suất. Không tăng chịu nhiệt |
| ABS / ASA | Vô định hình | Chỉ giải phóng ứng suất; hữu ích với chi tiết lớn hay nứt |
| PC | Vô định hình | Giải phóng ứng suất, giảm nguy cơ nứt tại lỗ và tại mối ghép |
| PA, PA-CF, PA6-GF | Bán tinh thể | Bắt buộc để đạt các giá trị nhiệt trên bảng dữ liệu |
| TPU | Đàn hồi nhiệt dẻo | Không ủ. Chi tiết sẽ chảy xệ dưới chính trọng lượng của nó |
Cái giá: chi tiết sẽ co, và sẽ cong
Khi vùng tinh thể hình thành, các mạch phân tử xếp chặt hơn, và vật liệu chiếm ít thể tích hơn. Chi tiết co lại — thường co theo X và Y, và cao lên theo Z, vì hướng in làm cho co ngót không đẳng hướng. Mức co phụ thuộc vào hình dạng, bề dày thành, mật độ điền đầy và cả loại lưới điền đầy, nên không có con số chung để tra: nó phải được đo trên một mẫu in cùng thông số với chi tiết thật.
- Chi tiết thành mỏng và chi tiết cao thì cong nhiều nhất. Chúng không có đủ vật liệu để tự giữ hình khi nhựa mềm ra.
- Chi tiết rỗng ruột có thể xẹp. Điền đầy thưa nghĩa là ít cột chống bên trong hơn.
- Chi tiết pha sợi biến dạng ít hơn. Đây là ưu điểm thực dụng nhất của PLA-CF và PA-CF — sợi cản chuyển động của mạch nhựa, nên chi tiết giữ được hình dạng qua bước ủ tốt hơn nhiều.
- Mặt tiếp xúc với khay đỡ sẽ in dấu lên chi tiết. Nhựa mềm nằm trên lưới kim loại sẽ mang theo hoa văn của lưới đó.
Quy trình
- 01
In hai chi tiết, không phải một
Một để ủ thử, một để đối chiếu. Cùng cuộn nhựa, cùng thông số, cùng hướng in. Không có mẫu thử thì mọi con số bù kích thước sau đó chỉ là phỏng đoán.
- 02
Đo trước khi ủ
Đo các kích thước quan trọng bằng thước cặp và ghi lại. Sau khi ủ, đo lại đúng những kích thước đó. Hiệu số chính là hệ số bù bạn sẽ đưa vào bản vẽ cho lần in tiếp theo.
- 03
Đỡ chi tiết trong lúc ủ
Vùi trong cát khô mịn, muối khô hoặc bột đá là cách đơn giản để chi tiết không tự chảy xệ và không dính khay. Với chi tiết phẳng thì một mặt phẳng nhẵn, sạch cũng đủ.
- 04
Bắt đầu dưới ngưỡng, và tăng dần
Đặt lò ở mức thấp hơn nhiệt độ hoá thuỷ tinh của vật liệu, giữ, rồi mới tăng từng bậc nhỏ ở các lần thử sau. Đi thẳng lên nhiệt độ cao nhất nghe nói được là cách nhanh nhất để nhận về một chi tiết méo.
- 05
Giữ đủ lâu để chi tiết nóng đều tới lõi
Chi tiết dày cần nhiều thời gian hơn chi tiết mỏng — thời gian ủ tính theo bề dày lớn nhất, không theo kích thước ngoài.
- 06
Nguội chậm trong lò
Tắt lò, đóng cửa, để chi tiết nguội cùng lò. Lấy chi tiết nóng ra không khí phòng là đưa lại vào chính nó phần ứng suất mà bạn vừa mất vài giờ để lấy ra.
Ba câu hỏi trước khi ủ một chi tiết thật
- Chi tiết có kích thước lắp ghép không?
- Nếu có: đừng ủ, hoặc phải ủ mẫu thử trước và bù kích thước
- Vật liệu có bán tinh thể không?
- Nếu không: chỉ được giải phóng ứng suất, đừng kỳ vọng chịu nhiệt tốt hơn
- Có mẫu thử cùng thông số không?
- Nếu không: chưa đủ điều kiện để bắt đầu
Bước tương đương ở phía resin
Chi tiết resin cũng có một bước nhiệt làm đúng việc này, và ở đó thì hiệu ứng được công bố bằng số. Formlabs đưa ra hai cột cho High Temp Resin: sau khi cure UV, HDT ở 0,45 MPa là 142 °C; sau khi thêm bước hậu xử lý nhiệt ở 160 °C, con số đó là 238 °C. Cùng một chi tiết, cùng một resin, khác nhau ở một bước lò. Quy trình rửa và cure nằm ở bài rửa và cure chi tiết resin.
Ủ nhiệt là cách lấy nốt phần cơ tính mà vật liệu vốn có. Nó không cho bạn cơ tính mà vật liệu không có.
Khi nào đừng ủ
- Khi chi tiết phải lắp khít. Co ngót vài phần trăm là đủ để một ổ trục không còn vừa. Nếu vẫn cần ủ, hãy ủ mẫu thử, đo, rồi phóng to bản vẽ theo hệ số đo được.
- Khi vật liệu là vô định hình và điều bạn cần là chịu nhiệt. PETG ủ xong vẫn mềm ở đúng nhiệt độ cũ. Cái bạn cần là đổi vật liệu, không phải đổi quy trình.
- Khi chi tiết đã ở đúng vật liệu cho công việc. Nếu chi tiết đã là ASA hay PC và nó đang làm việc tốt, ủ nhiệt chỉ thêm rủi ro biến dạng.
- Khi bạn cần một chi tiết dùng trong cabin xe. Đó là bài toán chọn vật liệu chứ không phải bài toán hậu xử lý — bài về nhiệt độ trong xe giải thích vì sao ngưỡng đó loại PLA ra kể cả sau khi ủ.
Nếu điều bạn thật sự muốn là chi tiết bền hơn chứ không phải chịu nhiệt hơn, phần lớn mức tăng nằm ở thông số in chứ không ở lò: số đường thành, nhiệt độ đầu phun và hướng in đổi được nhiều hơn — xem bài thông số in tăng độ bền.
Câu hỏi thường gặp
Ủ nhiệt PLA ở bao nhiêu độ và trong bao lâu?
Không có một cặp số dùng chung được, vì mỗi loại PLA có công thức khác nhau và mỗi hình dạng chi tiết chịu biến dạng khác nhau. Cách làm đúng là bắt đầu ở dưới vùng hoá thuỷ tinh của chính loại PLA bạn đang dùng, ủ một mẫu thử, đo lại kích thước, rồi tăng dần. Giá trị Vicat và HDT của từng dòng PLA nằm trên trang vật liệu và là mốc tham chiếu tốt để bắt đầu dò.
Ủ xong chi tiết cong hết. Có cứu được không?
Thường là không. Biến dạng xảy ra khi nhựa đủ mềm để chảy dưới trọng lượng của chính nó, và không có bước nào đưa nó về hình dạng cũ. Ba nguyên nhân hay gặp: nhiệt độ quá cao, chi tiết không được đỡ, và điền đầy quá thưa. Lần sau hãy hạ nhiệt độ, vùi chi tiết trong cát khô, và tăng mật độ điền đầy cho những chi tiết dự định ủ.
Có phải ủ nhiệt luôn làm chi tiết bền hơn không?
Không. Độ kết tinh cao hơn cho mô đun cao hơn và chịu nhiệt tốt hơn, nhưng cũng thường làm vật liệu giòn hơn — chi tiết cứng hơn mà chịu va đập kém hơn. Với chi tiết phải chịu va chạm hoặc rung, đó có thể là một đánh đổi lỗ. Hãy thử cả hai mẫu trước khi quyết định.
Ủ chi tiết ABS lớn có làm hết cong không?
Nó giải phóng ứng suất nội, và điều đó giảm nguy cơ chi tiết nứt hoặc cong thêm về sau. Nhưng nếu chi tiết đã cong ngay khi in xong, nguyên nhân nằm ở điều kiện in chứ không ở hậu xử lý — thứ cần sửa là nhiệt độ buồng và kích thước chi tiết, xem bài về buồng kín.
Có cần sấy nhựa trước khi ủ chi tiết không?
Chi tiết thì không sấy được nữa, nhưng cuộn nhựa thì phải khô từ trước khi in. Với PA, hơi ẩm bị giữ trong chi tiết sẽ hoá hơi trong lò và để lại bọt hoặc vết rỗ. Đây là một lý do nữa để giữ nylon khô suốt cả quá trình — quy trình ở bài sấy nhựa.