[3Dプリント初心者向け] 3Dプリントノズルの詰まりを防ぐ - クリーニングとメンテナンスガイド

熱溶解積層法（FDM）3Dプリンターでは、多くの部品が造形において重要な役割を果たしますが、ノズルは最も重要な部品の一つです。ノズルはプリンターの押し出しに影響を与えるため、非常に重要であり、故障すると様々な造形上の問題につながる可能性があります。さらに、すべてのノズルが同じように作られているわけではありません。材質、直径、その他の特性によって、ノズルの性能と寿命が決まります。

永遠に続くものはなく、ノズルも例外ではありません。時間の経過とともに劣化し、特に汚れたり、詰まったり、過度に使用したりすると劣化が進みます。そのため、プリンターのノズルを定期的にクリーニングし、プリントヘッドアセンブリの他のホットエンド部品と同様に正常に機能するようにすることが重要です。そうすることで、ノズルの寿命を延ばすことができます。

この記事では、ノズルのクリーニング方法とトラブルの予防方法、そして3Dプリンターが動作しなくなる原因となる問題の解決方法を説明します。また、プリンターに適さないノズルを選択しないように、交換用ノズルを選ぶ際の考慮事項についても説明します。

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ノズルの検査とメンテナンスが必要になる時期はどうすればわかりますか?
以下に、ノズルの汚れによって発生する可能性のあるいくつかの問題を挙げます。

1. 最初のレイヤーが印刷されない<br>印刷を開始した際に、最初のレイヤーでノズルからフィラメントが全く押し出されていない場合は、ノズル詰まりが原因である可能性があります。ただし、問題の原因がエクストルーダー、 Z軸オフセット設定、またはプリントベッドの水平不良にあるかどうかを確認する価値はあります。

2. ノズルが印刷材料を引き離す<br>これは、ノズルが材料を押し出した後に、移動中に押し出したばかりの材料を誤って引き離してしまう状況を指します。通常、この問題の原因の一つはノズルですが、 Z軸オフセットが正しいことやプリントベッドが水平になっていることなども要因として挙げられます。

3. ホットエンドの詰まり<br>ホットエンドの詰まりは、通常、ワイヤーがホットエンドの中央部と下部で詰まっているように見えます。ノズルはホットエンドの一部であるため、詰まりの原因となる可能性がありますが、ホットエンドの経路（ PTFEチューブなど）も確認する必要があります。

4. 押し出しの不均一性<br>押し出しの不均一性は、プリンターが材料の均一な押し出しを維持できないことで発生することがよくあります。材料は均一に押し出されるはずなのに、突然、破裂して飛び出してしまうことがあります。ただし、この問題がワイヤーの濡れや押し出し機のステッピングモーター（特に電力）が原因でないことを確認してください。

5. 不完全な押し出し<br>不完全な押し出しは、印刷物に目立った欠落部分がある、一貫性のない押し出しの一種です。また、問題の原因がワイヤーの湿り、エクストルーダーの張力の緩み、ワイヤーパスの不均一さなどにあるかどうかも確認してください。


まず第一に、問題の原因がノズルにあるかどうかを判断することが重要です。ノズルのクリーニングは一般的には良い方法ですが、必ずしも問題が解決するとは限りません。印刷の問題を効果的にトラブルシューティングするには、問題の考えられる原因をすべて検討することが重要です。そして、最も簡単なものから最も難しいものまで、考えられる原因を一つずつ確認し、真の原因を見つけ出しましょう。

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印刷の問題の原因がノズルの汚れにあることが確認できたら、クリーニング プロセスに進みます。

外部の破片

ノズルの外側のゴミは、ノズルに関するあらゆる問題の中で最も顕著です。このゴミは通常、印刷プロセス中にノズルに付着した余分な溶融材料です。この問題はほとんどの場合、ノズルの位置が低すぎることが原因であり、通常は最初の層の印刷中に発生します。材料は互いに付着しやすいため、問題はさらに悪化します。基本的に、フィラメントがノズルから流れ出ると、その一部はノズルの側面に付着し、フィラメントの流れが続くと、ノズルの外側に付着していた材料にさらに多くのフィラメントが付着します。

解決

まず、ノズルが加熱されている間に、湿らせた布かアルコールで拭いてノズルを掃除します。蒸気が出ることもありますが、ノズルに付着した汚れは除去できます。それでも効果がない場合は、ワイヤーブラシ、ナイフ、針などを使ってノズルに残った汚れを取り除くこともできます。

この方法でノズルの外側をクリーニングすることはできますが、そもそもノズルに材料が付着しないようにすることが最善です。そのため、Z軸オフセットを増やし、プリントベッドを水平にすることを検討してください。また、ノズルの大部分を覆う保護スリーブやシリコンスリーブを使用することで、ノズルへの過剰な材料付着を防ぐこともできます。



【渋滞】

ノズルの詰まりは、おそらく最も一般的なノズルの問題です。ノズルの詰まりには、部分的な詰まりと完全な詰まりの2種類があります。ご想像のとおり、完全な詰まりが最も深刻なタイプです。異物が出口オリフィスを完全に塞ぎ、ワイヤーが押出機内で詰まってしまうのです。部分的な詰まりは、異物が出口オリフィスの一部だけを塞いでいる場合に発生します。完全な詰まりほど深刻ではありませんが、どちらのタイプの詰まりが発生した場合も、ノズルをクリーニングする必要があります。

解決

ノズルの詰まりを取り除く方法はいくつかありますが、ここでは3つご紹介します。まず、最も簡単な方法は、細い針またはドリルビット（例えば、0.6mmのノズルには0.5mmのドリルビット、さらに細いノズルにはさらに細い針またはドリルビット）をノズルに挿入し、詰まりを砕いて押し出すことです。

2 番目の方法は冷間引抜法で、ホットエンドから破片を完全に除去します。

3つ目の方法は、詰まったノズルを完全に交換することです。汎用の真鍮製ノズルは安価なので、この方法は比較的簡単です。この方法では、まずホットエンドを加熱して、ノズルを詰まらせている固化した材料を溶かします。同時に、押出機に既に供給されているワイヤーを取り外してください。

詰まったワイヤーが加熱によって柔らかくなったら、ノズルをホットエンドから外します。新しいノズルを取り付ける前に、小さな金属棒かピックでホットエンドを清掃し、アセンブリに付着した余分なワイヤーを取り除いてください。



[PTFEチューブホットエンドギャップ]

PTFEチューブとノズル先端の隙間も問題の原因となる可能性があります。隙間は、PTFEチューブの先端が平らでない場合、チューブがホットエンドに十分に押し込まれていない場合、またはノズルがホットエンドにチューブと面一になるまで十分にねじ込まれていない場合に発生することがあります。

隙間があれば、溶融したワイヤーがそれを埋めます。材料が冷えると、ホットエンドが完全に塞がれます。これはPTFEライナーと全金属製ホットエンドの両方で発生します。

解決

まず、PTFEチューブをホットエンドから取り外し（可能であれば）、ノズルをほぼ完全に（約95%）ねじ込みます。PTFEチューブの先端が平らであること、PTFEコネクタ（チューブを固定する部分）がホットエンドにしっかりとねじ込まれていることを確認した後、チューブをホットエンドに挿入します。

最後に、ノズルの最後の部分をホットエンドにねじ込み、PTFE チューブとしっかりと密閉します。

交換とアップグレード

上記の解決策がどれも機能しない場合、またはノズルが著しく劣化していてクリーニングが効果的でないと思われる場合は、新しいノズルに交換する時期かもしれません。

ノズルは材質、直径、その他の要素によって様々です。これらの特性はノズルの処理能力と印刷結果に影響を与えます。例えば、発光材料や木材を充填した材料などの研磨材は、低品質のノズルの劣化を著しく加速させる可能性があります。

ノズル径

さまざまなものを印刷できますが、主に特定のモデルを印刷したり、詳細レベルに重点を置いたりする場合は、新しいノズルの重要な要素はその直径になる可能性があります。

0.2ミリメートル
直径0.2mmの出口穴は比較的小さいサイズで、より繊細なアイテムの印刷に適しています。小型アイテムの印刷に最適です。ただし、印刷ライン数が多いため、印刷に時間がかかり、印刷強度も一般的に低くなりますのでご注意ください。

0.4ミリメートル
直径0.4mmは、コンシューマーグレードの3Dプリンターの業界標準です。このサイズは、ディテール、強度、そして印刷時間のバランスが優れています。

0.6ミリメートル
カーボンファイバーやグラスファイバーなどの特殊な素材に印刷する場合は、直径0.6mmのフィラメントの使用を強くお勧めします。これにより、プリントヘッドの詰まりのリスクを軽減できます。

0.8ミリメートル
この直径のノズルは大きい方に分類され、より高速に印刷できます。印刷ライン数が少ないため、印刷物の鮮明度は向上しますが、その分、細部の表現は低下します。


ノズル材質

印刷するモデルの解像度によってノズルの種類が決まるのと同様に、使用する印刷材料も考慮する必要があります。

真鍮

真鍮は最も推奨されるノズル材料であり、最も安価です。非常に安価ですが、劣化が早いため、一般的に寿命が最も短くなります。真鍮ノズルは、PLA、ABS、PETGなどの非研磨性材料への印刷に最適です。しかし、研磨性材料に使用すると、このノズル材料の劣化速度は著しく加速します。

推奨ブランド: Ultimaker 、 Snapmaker 、 BCN3D


硬化鋼とステンレス鋼
鋼製ノズル（硬化鋼およびステンレス鋼を含む）は、真鍮製ノズルよりもグレードが高くなります。この材質のノズルは真鍮製ノズルよりも高価ですが、寿命が長く、最高使用温度も高くなります。非研磨性材料に加えて、鋼製ノズルは、以下のような軽度の使用頻度の研磨性材料にも、著しい劣化なく使用できます。

参照ブランド: Bambu Lab


Bambu Lab 硬化鋼ノズルシリーズ Bambu Lab ステンレスノズルシリーズ

※上記画像はX1、P1のみのイメージです。