Диаметр сопла 3D-принтера: на что влияет и как выбрать

Диаметр сопла задаёт ширину линии пластика, а через неё всё остальное: насколько мелкие детали получатся по горизонтали, какой толщины можно делать слои, сколько пластика принтер должен расплавить за секунду, сколько займёт печать и насколько прочной выйдет деталь. Чем меньше сопло, тем тоньше детали и дольше печать. Чем больше, тем быстрее и прочнее, но грубее. Стандартом по умолчанию у большинства принтеров остаётся 0,4 мм.

Ускорение от крупного сопла появится, только если горячий узел (хотенд, где плавится пластик) успевает плавить нужный объём. Как это посчитать, разобрано ниже на примере задачи про скорость подачи филамента (пластиковой нити).

Как сопло связано с шириной линии и высотой слоя

Ширина линии. Bambu Lab пишет, что ширина выдавленной линии обычно почти равна диаметру сопла, заводскую ширину лучше не трогать, а если менять, то в пределах от 0,75 до 1,5 диаметра. Заводские профили Bambu Lab в слайсере (программе подготовки печати) OrcaSlicer 2.4.2 ставят 0,22 мм для сопла 0,2, 0,42-0,45 мм для 0,4, 0,62 мм для 0,6 и 0,82 мм для 0,8. В Cura ширина линии по умолчанию равна диаметру сопла. Автор блога Prusa советует около 110 % диаметра.

Высота слоя. Производители дают близкие границы:

Bambu Lab: 25-75 % диаметра сопла, для сопла 0,2 до 60 %;
Snapmaker: 25-70 %, для сопла 0,2 до 60 %;
Prusa: не больше 80 % диаметра, то есть для сопла 0,4 слой до 0,32 мм.

Что за что отвечает. Prusa разводит два параметра: диаметр сопла влияет на детали в горизонтальной плоскости (текст на верхней грани, тонкие линии), а высота слоя на детали боковых и наклонных стенок (заметность ступенек). Поэтому мелкий текст на крышке спасает сопло поменьше, а плавную боковину снижение высоты слоя.

Какое сопло для какой задачи

Сопло	Слой по Bambu Lab, мм	Для чего	Ограничения
0,2 мм	0,05-0,12	миниатюры, украшения, мелкий текст и логотипы	медленно, высокий риск засора, детали слабее, пластики с частицами нельзя
0,4 мм	0,1-0,3, обычно 0,2	корпуса, кронштейны, бытовые вещи, прототипы	с армированными пластиками умеренный риск засора
0,6 мм	0,15-0,45, чаще 0,3-0,4	функциональные детали, крупные модели, оснастка	мелкий текст теряется, мосты хуже
0,8 мм	0,2-0,6, чаще 0,4-0,5	крупные прототипы, силовые детали, вазы	грубая поверхность, поддержки трудно снимать
1,0 мм	около 0,5 (по Prusa)	крупные изделия без мелких деталей	слои хорошо видны, нужен мощный хотенд

Бывают и промежуточные размеры: например, у классических сопел E3D V6 есть 0,15, 0,25, 0,30, 0,35, 0,40, 0,50, 0,60 и 0,80 мм. Логика у них та же: каждый шаг вверх быстрее и грубее, каждый шаг вниз наоборот.

Как диаметр меняет время печати

Крупное сопло кладёт широкую линию, поэтому стенку той же толщины оно набирает меньшим числом периметров (контуров слоя), а слой можно сделать толще. В блоге Prusa приводят пример: лампа, где стенка из трёх периметров соплом 0,4 заменилась двумя периметрами соплом 0,6, напечаталась почти на 9 часов быстрее. По оценке Prusa, сопло 0,6 печатает до двух раз быстрее, чем 0,4, а сопло 1 мм до пяти раз.

Есть исключение. Если деталь печатается одним периметром при той же высоте слоя, как ваза в спиральном режиме, сопло проходит те же движения, и время почти не меняется: стенка просто становится толще.

И главное условие: хотенд должен успевать плавить пластик. Если не успевает, слайсер сам снизит скорость, и выигрыш пропадёт. Как это проверить, ниже.

Как диаметр влияет на прочность

Prusa проверяла ударную прочность по методу Шарпи. Образцы, напечатанные соплом 0,6, поглотили до 25,6 % больше энергии, чем напечатанные соплом 0,4, а напечатанные соплом 0,25 на 3,6 % меньше. Bambu Lab добавляет, что детали из сопла 0,2 обычно слабее: тонкие слои хуже спекаются между собой.

Сравнивайте честно: одинаковые масса, число стенок, заполнение и ориентация. Если у деталей из разных сопел разное число стенок, разница в прочности идёт не только от сопла. Как считать стенки под разные сопла, разобрано в статье Толщина стенки и диаметр сопла.

Формула объёмного расхода и скорость подачи филамента

Сколько пластика принтер кладёт за секунду, называется объёмным расходом. Он считается так:


объёмный расход = ширина линии × высота слоя × скорость печати   (мм³/с)

Тот же объём должен войти в сопло в виде прутка филамента, поэтому:


ширина × высота × скорость = площадь сечения прутка × скорость подачи
площадь сечения прутка = π × (диаметр прутка / 2)²

Для прутка 1,75 мм площадь сечения 2,405 мм², для прутка 2,85 мм 6,379 мм².

Разберём задачу. При печати PLA диаметром 1,75 мм используется сопло 0,4 мм, высота слоя 0,2 мм, ширина дорожки 0,48 мм, скорость печати 60 мм/с. Какая нужна скорость подачи филамента?

Объёмный расход: 0,48 × 0,2 × 60 = 5,76 мм³/с. Диаметр сопла в расчёт не входит, нужна именно ширина дорожки.
Площадь сечения прутка: 3,1416 × 0,875² ≈ 2,405 мм².
Скорость подачи: 5,76 / 2,405 ≈ 2,39 мм/с.

Ответ: около 2 мм/с после округления до целого. Пруток входит в экструдер почти в 25 раз медленнее, чем движется сопло.

Слайсеры считают сечение точнее: не прямоугольником, а прямоугольником со скруглёнными краями. В PrusaSlicer это формула высота × (ширина - высота × (1 - π/4)). Для примера выше сечение выходит 0,0874 мм², расход 5,24 мм³/с, подача 2,18 мм/с, и ответ после округления тот же: 2 мм/с.

Формулу удобно переворачивать. Предельная скорость печати равна пределу объёмного расхода, делённому на площадь сечения линии. Так Bambu Lab и описывает связь максимального объёмного расхода со скоростью, причём сечение считает так же, как PrusaSlicer: прямоугольником с полукруглыми краями, а не произведением ширины на высоту.

Хватит ли хотенда: расчёт для разных сопел

Возьмём заводские ширины линий Bambu Lab, типичные слои и скорость 100 мм/с, а пределы из официальных данных. У сопла 0,2 предел взят из рекомендаций Bambu Lab, у остальных из таблицы E3D для классического хотенда V6 на PLA при 220 °C. Сечение посчитано по формуле со скруглёнными краями, как у Bambu Lab: если умножить ширину на высоту, расход выйдет чуть больше, а предельная скорость примерно на 10% ниже.

Сопло	Линия × слой, мм	Сечение линии	Нужно при 100 мм/с	Предел	Макс. скорость
0,2	0,22 × 0,1	0,020 мм²	2,0 мм³/с	около 2 мм³/с	около 100 мм/с
0,4	0,42 × 0,2	0,075 мм²	7,5 мм³/с	13 мм³/с	около 170 мм/с
0,6	0,62 × 0,3	0,167 мм²	16,7 мм³/с	14 мм³/с	около 84 мм/с
0,8	0,82 × 0,4	0,294 мм²	29,4 мм³/с	15 мм³/с	около 51 мм/с

На обычном хотенде предел почти не растёт с диаметром сопла: 13, 14 и 15 мм³/с. Значит, сопло 0,8 на таком хотенде может ехать лишь около 50 мм/с, и выигрыш по времени дают только толстые слои и меньшее число периметров. Для сопел от 0,8 мм автор блога Prusa советует либо снижать скорость или поднимать температуру, либо ставить высокопроизводительный хотенд вроде E3D Volcano.

Свой предел проверяйте тестом. В OrcaSlicer это меню «Калибровка» → «Макс. объёмный расход» (Calibration → Max flowrate), результат вписывается в настройку материала «Предел объёмного расхода» (Max volumetric speed). Подробно в статье Максимальный объёмный расход в OrcaSlicer.

Материал сопла

Латунь хорошо проводит тепло и подходит для обычных пластиков. Для абразивных, то есть пластиков с твёрдыми частицами, нужна закалённая сталь: Bambu Lab относит сюда PA-CF, PLA-CF, PETG-CF, светящиеся в темноте и древесные филаменты. Нержавеющая сталь подходит для PLA, ABS, ASA, PETG, TPU и PVA без наполнителей.

Сопло 0,2 с наполненными пластиками не совмещают: по данным Bambu Lab, углеродные волокна чаще всего крупнее 0,2 мм и быстро забивают отверстие. Сопла 0,6 и больше засоряются реже. Подробнее о материалах в статье Латунь, сталь, медь и рубин.

Как узнать диаметр установленного сопла

Отверстие в доли миллиметра обычным штангенциркулем не измерить, поэтому ориентируйтесь на маркировку и упаковку. У классических сопел E3D V6 размер обозначен точками на гранях шестигранника: у 0,25 точек нет, у 0,4 три, у 0,6 четыре, у 0,8 пять. У сопел E3D Revo размер выгравирован цифрами. Если маркировки нет, а сопло досталось с принтером, смотрите комплектацию в документации производителя: у большинства моделей по умолчанию стоит 0,4 мм.

Как выбрать: порядок действий

Найдите самый мелкий элемент модели по горизонтали: текст, тонкие рёбра.
Проверьте, какой диаметр и материал сопла требует пластик.
Нарежьте модель под доступные сопла и сравните время.
Посчитайте объёмный расход и сравните с пределом Вашего хотенда.
Для нагруженной детали сравните образцы одинаковой массы и ориентации.
Учтите время на замену и отдельные профили под каждый диаметр.

После замены укажите фактический диаметр в профиле принтера, проверьте пределы ширины линии и высоты слоя, затяните сопло по инструкции производителя и заново откалибруйте температуру, поток и объёмный расход. В Учет3Д замену сопла удобно вести как пункт обслуживания в паспорте принтера, чтобы не пропустить следующую.

Частые вопросы

Что будет, если увеличить диаметр сопла до 0,8 мм?

Время печати уменьшится, а мелкие детали пропечатаются хуже или не пропечатаются вовсе. Сопло 0,8 кладёт линию около 0,8 мм и позволяет слои до 0,6 мм, поэтому детали мельче линии оно не передаст. Установить такое сопло можно, если оно подходит к хотенду.

Какая ширина линии у сопла 0,8 мм?

В заводских профилях Bambu Lab для OrcaSlicer 0,82 мм. По рекомендации Bambu Lab её можно менять в пределах 0,6-1,2 мм, то есть от 0,75 до 1,5 диаметра. Для сопла 1 мм это 0,75-1,5 мм.

Какой максимальный объёмный расход у сопла 0,2?

Bambu Lab называет рабочим значением 2 мм³/с для большинства подходящих пластиков и советует поднимать его осторожно: через узкое отверстие пруток может проскальзывать в экструдере.

Какой максимальной высотой слоя можно печатать соплом 0,4?

По правилу Prusa до 0,32 мм (80 % диаметра), по рекомендации Bambu Lab до 0,3 мм. Для сопла 0,2 предел около 0,12 мм, поэтому слой 0,2 мм этим соплом не печатают: высоту 0,4 мм лучше набрать четырьмя слоями по 0,1 мм.

Какой диаметр нити нужен для сопла 0,3 мм?

Диаметр нити зависит от экструдера принтера, а не от сопла: у большинства современных принтеров 1,75 мм, у некоторых 2,85 мм. Сопла E3D, например, выпускаются в вариантах под оба прутка, поэтому при покупке выбирайте вариант под свой.

Какой коэффициент компенсации давления ставить для сопла 0,2?

Универсального числа нет: он зависит от пластика, хотенда и сопла. Откалибруйте его заново после замены сопла, порядок описан в статье Калибровка компенсации давления.