Сопло из закалённой стали для PETG и наполненных пластиков

Обычный PETG без твёрдого наполнителя не требует закалённого сопла сам по себе. Закалённая сталь (англ. hardened steel - инструментальная сталь после термообработки) нужна прежде всего для пластика с углеродным, стеклянным, металлическим или минеральным наполнителем, который работает как наждак и ускоряет износ более мягкого латунного сопла.

Почему латунь стирается на наполненных пластиках

Латунь мягкая: она хорошо проводит тепло и легко обрабатывается, поэтому идёт в комплекте с большинством принтеров. На чистом PLA такое сопло работает очень долго. Проблемы начинаются, как только в пластике появляются твёрдые частицы:

Сам PETG без наполнителя не абразив, но он химически активен при перегреве и любит стабильный поток, поэтому чувствителен к состоянию отверстия. По мере износа появляются расхождение слоёв, «волнистые» наружные стенки и недоэкструзия, которая не лечится поднятием потока в слайсере.

Чем закалённая сталь отличается от латуни

Закалённая сталь - это инструментальная сталь, прошедшая термообработку до твёрдости около 60 HRC по Роквеллу. Латунь на порядок мягче, поэтому углеродные волокна, которые легко режут латунь, по стали почти не оставляют следа.

Плата за износостойкость - теплопроводность. У латуни она около 100-120 Вт/(м·К), у закалённой стали примерно 25-30 Вт/(м·К), то есть в несколько раз ниже. Практический смысл: расплав внутри стального сопла прогревается медленнее, поэтому для той же производительности может понадобиться чуть более высокая температура, а предел максимального объёмного расхода наступает раньше.

Есть промежуточные варианты - латунь с покрытием (например, TiN или DLC, англ. Diamond-Like Carbon - «алмазоподобный углерод»). Они держатся на абразиве лучше чистой латуни, но против насыщенного углеволокна всё равно проигрывают полноценной стали. Отдельная категория - рубиновые и алмазные сопла: их твёрдость выше стали, ресурс на углеродных пластиках максимальный, но и цена их выводит в нишу коммерческой печати инженерным пластиком.

Температура

Правило «всегда добавить 10-15 °C» неверно. Теплопередача зависит от конструкции сопла и горячего узла, покрытия, скорости и самого материала. Из-за более низкой теплопроводности стали небольшая прибавка иногда действительно нужна, но её величину не угадывают заранее. Начинайте с профиля производителя пластика и принтера. Если поток ограничен, напечатайте температурную башню (temperature tower - тестовая печать с меняющейся температурой по высоте) и тест максимального объёмного расхода, не выходя за паспортные пределы горячего узла.

Диаметр

Наполнители повышают риск засора малого отверстия. Например, Bambu Lab не рекомендует наполненные материалы для сопла 0,2 мм и советует закалённое сопло 0,6 мм для сторонних пластиков с углеродным или стеклянным волокном. Это рекомендация для совместимых принтеров Bambu, а не универсальный размер для любого хотенда (hot end, англ. «горячий узел» - нагревательный блок с соплом).

Если хотите сохранить скорость на абразиве, сопло большего диаметра часто выгоднее: оно пропускает больший объём расплава при той же температуре, чем узкое стальное.

Скорость и объёмный расход

Из-за худшей теплопроводности закалённое сопло раньше упирается в потолок объёмного расхода (volumetric flow, англ. «объёмная скорость подачи» - сколько кубических миллиметров пластика в секунду успевает пройти через сопло расплавленным). Отсюда практические следствия:

Калибровка после замены сопла

После установки нового сопла перекалибруйте три вещи - это самая частая причина жалоб «после замены печать стала хуже»:

  1. Pressure Advance (англ. «опережение давления» - компенсация инерции расплава в горячем узле). Прогоните тест PA заново: у нового сопла отклик по давлению другой.
  2. Flow / extrusion multiplier (англ. «коэффициент потока» - поправка на реальную подачу пластика). Напечатайте однопериметровый куб, замерьте стенку штангенциркулем и уточните коэффициент.
  3. Z-offset (англ. «смещение по оси Z» - высота сопла над столом на первом слое). Длина сопла у разных производителей отличается, поэтому первый слой калибруется заново.

Как понять, что сопло изношено

Не определяйте износ магнитом или тепловизором - это ненадёжно. Смотрите на фактическую геометрию экструзии и качество печати:

При сомнении сравните печать с новым соплом того же производителя.

Когда закалённое сопло не нужно, а когда обязательно

Если печатаете чистый PLA и базовый PETG без наполнителя небольшими объёмами - латунного сопла хватит надолго, переплата за сталь не оправдана: получите более горячий узел и небольшую потерю скорости в обмен на ресурс, который не успеете выработать.

Сталь оправдана, когда:

Чеклист замены сопла

Связанные статьи