3D 打印中的热蠕变：它是什么、原因以及如何阻止它

热蠕变是热挤出 3D 打印工艺（FDM（熔融沉积建模）和 FFF（熔丝制造）中出现的一个问题。它是从热端加热丝的不必要的行程。造成这种情况的可能原因有多种，但也有几种可能组合在一起，因此评估所有众所周知的问题非常重要。本文将定义 3D 打印中的热蠕变，说明其产生原因，并提供一些预防方案。

什么是 3D 打印中的热蠕变？

热蠕变是整个热端不稳定传热的过程，并且在熔化区之前过早熔化长丝。这会导致某些部件堵塞，特别是挤出路径和隔热管。热蠕变有多种原因，但都在一定程度上是可控的。有关更多信息，请参阅我们的 3D 打印指南。

显示热蠕变的图表

导致 3D 打印机热蠕变的原因是什么？

1。热端过热

长丝通过电加热器输送，在送入时应使其达到正确的挤出温度。该设备通常称为“热端”。恒温器故障（与热端热连接不良）或温度设置过高可能会使打印头进料器部分的温度升高到足以过早熔化灯丝的程度。

2。热端冷却不足或冷却风扇损坏

热端由风扇冷却，在打印头中产生强烈的温度梯度。如果风扇无法提供足够的冷却空气，热量积聚会降低温度梯度并过早熔化灯丝。这可能是由于风扇速度设置、风扇损坏、碎屑堆积和其他原因造成的。

3。灯丝在热端花费太多时间

如果打印进展缓慢或因其他问题而停止，灯丝将在热端花费过多的时间，使其向上熔化到进料器。这也可能表明热端正在变热，因此这可能是热蠕变的症状而不是原因。

要了解更多信息，请参阅我们的灯丝完整指南。

4。热端设计

热端的热隔离是一个常见的设计问题。质量更好的挤出头将内置热障，以增加挤出机的热量局部化。

5。打印速度不够

如果打印速度很慢，但热端加热和风扇设置是为了加快打印速度，那么热量积聚将再次让热量蔓延到灯丝中。

6。 PTFE导管失效

长丝通常通过 PTFE 管送入热端，该管应将其与直接加热隔离，直到其进入熔化区。如果导管磨损或错位并用力推向打印头的热金属，则由于灯丝过度受热，进料器中可能会发生熔化。

7。布满灰尘的散热器

如果热端有散热器，但被污垢或修剪碎屑堵塞，则会限制空气流通并影响热端的温度梯度。

要了解更多信息，请参阅我们有关散热器的完整指南。

如何修复 3D 打印中的热蠕变？

下面列出了有关如何解决 3D 打印中热蠕变的一些技巧：

1。提高打印效率

快速进行且包含最短暂停时间或减速的打印将减少热蠕变的可能性。通过更快的打印，耗材将快速送入，而没有时间在挤出机上方过热。

2。更换热端

更好质量的热端可以对整体打印性能产生很大影响，尤其是热蠕变。更好的风扇质量、更好的散热设计以及更多的内置热隔离都有助于解决问题。对于从打印头升级中获益匪浅的成本最低的机器来说尤其如此。

3。提高风扇速度

提高风扇速度是一个简单的修复方法，但可以产生很大的影响。它只需要在机器设置中增加风扇速度，需要调整机器设置。这是在打印头中创建所需温度梯度的主要设计元素。

4。降低热端温度

如果热端温度设置得太高，或者热电偶出现故障或与挤出机金属接触不良，则挤出机温度将会向上输送热量并引入热蠕变。降低设定点并使用红外温度计来确认挤出机处于正确的温度并且没有经历较大的温度波动。这将表明热电偶问题。

5。应清洁散热器

基本的机器维护应包括打印头清洁。确保定期清除积聚的污垢或打印机碎屑，这些污垢或打印机碎屑可能会阻碍散热器上的气流并降低冷却效果。

避免 3D 打印中热蠕变的不同方法有哪些？

避免 3D 打印中热蠕变的第一个也是最重要的方法是仔细、彻底的预防性维护。污垢和打印废料会干扰冷却。错误放置的热电偶可能会破坏挤出机的加热。耗材供给不良和间歇性会扰乱打印并导致过热。磨损的导管会使热量进入错误的位置。

同样重要的是，仔细监控机器设置并根据打印结果的评估进行修改。尤其是低速打印可能会导致热蠕变发展并恶化。更换材料时未能调整喷嘴温度，或未测试性能，特别是在长期构建之前，会增加热蠕变风险。

要了解更多信息，请参阅我们的关于 3D 打印中防止头部蠕变的 10 种方法的指南。

热蠕变多久发生一次？

热蠕变是一种构建失败模式，尤其会影响较长的构建。如果没有足够的热中断冷却来防止热端热量积聚，则延长的操作时间可能会导致打印头顶部积聚热量。对于热蠕变在构建中出现的频率或速度，没有硬性规定。有很多原因常常复合在一起，使问题更加严重。然而，较低成本的打印头、不完善的维护以及过度激进的设置都会增加出现此问题的可能性。

是否有一种 3D 打印机通常不会发生热蠕变？

是的，有些类型的 3D 打印机不会发生热蠕变，包括粉末床熔融和材料喷射，其中使用的材料是粉末或树脂。热蠕变是 FDM/FFF 打印的一个事实，在某些方面，其普遍程度与设备成本成正比。这并不是说这只是或主要是机器质量问题，因为维护和机器设置起着重要作用。 

操作繁重、维护良好且由熟练且经验丰富的工人操作的机器将很少发生热蠕变。具有高性能和更昂贵打印头的机器将经历更少的热蠕变。习惯用于小型构建的机器也会经历较少的热蠕变，因为根本没有时间积聚问题热量。

热蠕变和蠕变（变形）有什么区别？

热蠕变是一个非常具体的术语，描述 FDM/FFF 长丝的逐渐熔化。热蠕变发生在挤出头上方（需要熔化的地方）并进入进料器，这对构建来说是灾难性的。这是基于长丝挤出的 3D 打印机的设置和维护问题。工程术语蠕变 描述了塑料常见的失效模式，但在其他材料中也并非未知。它描述了部件在负载下所遭受的塑性（如不可恢复的永久）变形。特别是，对于在稳定或循环负载情况下承受接近（或超过）其弹性极限或屈服点的力的组件来说，这是一个问题。

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迪恩·麦克克莱门茨

Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。

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