Sấy Nhựa Quá Khô Có Sao Không? Cách Sấy Sợi Nhựa In 3D Đúng Cách

Có nên sấy hay không?

Máy sấy sợi nhựa (filament dryer) của SunLu và GratKit minh họa cách chúng gia nhiệt và loại bỏ hơi ẩm khỏi sợi nhựa.

Nếu các mẫu in của bạn có khả năng liên kết giữa các lớp, độ bền và chất lượng bề mặt ở mức bạn chấp nhận được, hãy tiếp tục duy trì quy trình hiện tại. Nếu bạn in 3D cho doanh nghiệp hoặc sử dụng in 3D như một phần hoạt động kinh doanh, bạn cần xây dựng quy trình thống nhất trong toàn công ty để đảm bảo vật liệu luôn được duy trì ở trạng thái tối ưu, tránh tình trạng sấy quá lâu hoặc sấy nhựa quá khô làm ảnh hưởng đến chất lượng sợi nhựa in 3D (filament).

Khi nào nên sấy?

Cách tốt nhất để giữ sợi nhựa in 3D (filament) luôn ở trạng thái tốt nhất là bảo quản đúng cách để không bao giờ phải sấy, đặc biệt là sấy bằng nhiệt.

Điều này cho thấy không phải tất cả polymer đều phản ứng với độ ẩm theo cùng một cách. Một số loại sợi nhựa polymer, chẳng hạn như PLA, có thể không bao giờ cần sấy, trong khi những loại khác, như nylon, lại nhanh chóng hấp thụ hơi ẩm từ môi trường. Do đó, việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian sấy phù hợp cũng rất quan trọng để tránh sấy nhựa quá khô.

Đó là Hygroscopic, không phải Hydroscopic

Bạn có thể đã nghe đến thuật ngữ “hút ẩm” (hygroscopic) khi nói về sợi nhựa in 3D (filament). Thuật ngữ này liên quan đến cách cấu trúc phân tử của polymer hấp thụ hơi ẩm, chẳng hạn như vật liệu có khả năng hút ẩm cao. May mắn là đặc tính này có thể đo lường được và đây là một thông số hữu ích để biết về sợi nhựa của bạn, từ đó xác định khi nào cần sấy và hạn chế nguy cơ sấy nhựa quá khô.

Có nhiều phương pháp khác nhau để đo đặc tính này của polymer, nhưng đối với sợi nhựa in 3D (filament), bạn có thể thấy nhà sản xuất đề cập đến “tỷ lệ hấp thụ độ ẩm” (moisture absorption rate – MAR), mặc dù đây không phải là một thông số tiêu chuẩn trên bảng dữ liệu vật liệu.

MAR thường được biểu thị bằng phần trăm mức tăng trọng lượng của vật liệu sau khi tiếp xúc với môi trường ẩm trong một khoảng thời gian nhất định, thường từ 24 đến 48 giờ, trong điều kiện được kiểm soát về nhiệt độ và độ ẩm tương đối, thường là 50%. Ví dụ, MAR 0,1% không có nghĩa là lượng hơi ẩm mà vật liệu hấp thụ là 0,1%, mà cho biết sợi nhựa sẽ nặng hơn bao nhiêu khi tiếp xúc với mức độ ẩm thông thường trong một đến hai ngày.

Hiện tượng kéo sợi (stringing) có thể xảy ra khi sợi nhựa in 3D (filament) quá ẩm hoặc quá khô.

Đừng quá chú trọng vào khoảng thời gian 24 đến 48 giờ được sử dụng trong các phép đo MAR thông thường. Điều này không có nghĩa là bạn có thể để sợi nhựa in 3D (filament) ngoài môi trường trong sáu giờ hoặc thậm chí một giờ mà không vấn đề gì. Tốc độ hấp thụ độ ẩm chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi độ ẩm tương đối trong môi trường của bạn. Độ ẩm và nhiệt độ càng cao thì lượng hơi nước có sẵn trong không khí càng lớn, khiến các vật liệu có khả năng hút ẩm hấp thụ nước nhiều hơn và nhanh hơn.

Tương tự, sợi nhựa có MAR thấp ở mức 0,1% không có nghĩa đây là lượng hơi ẩm tối đa mà vật liệu có thể hấp thụ. Vật liệu càng tiếp xúc lâu với hơi ẩm thì càng có thể hấp thụ nhiều nước, cho đến khi đạt điểm bão hòa, còn được gọi là trạng thái cân bằng độ ẩm hoặc độ ẩm cân bằng (equilibrium moisture content – EMC).

Mỗi loại vật liệu có một trạng thái cân bằng độ ẩm riêng. Đây là thời điểm sợi nhựa không thể hấp thụ thêm hơi ẩm và đã hoàn toàn ở trạng thái “ẩm”. Đối với những vật liệu như PLA, trạng thái cân bằng này thường dưới 1% theo khối lượng và “nhìn chung, bất kỳ mức nào dưới 1% đều không đáng kể”.

Biểu đồ đường cong hấp thụ độ ẩm cho từng loại vật liệu, cho biết bạn có thể để vật liệu tiếp xúc với hơi ẩm trong bao lâu trước khi độ ẩm bắt đầu gây ra vấn đề.

Tuy nhiên, các vật liệu như nylon có trạng thái cân bằng độ ẩm cao hơn nhiều. Đối với nylon PA6, con số này vào khoảng 3,3%. Ở mức này, sợi nhựa chứa lượng hơi ẩm lớn đến mức khi được nung chảy trong cụm đầu nóng (hotend) ở nhiệt độ in khoảng 270°C, hơi ẩm sẽ sôi và tạo ra các đợt thoát hơi hướng ra ngoài.

Có rất nhiều công thức sợi nhựa khác nhau với các chất phụ gia như chất hóa dẻo, chất ổn định, chất độn hoặc chất tạo màu. Vì vậy, một loại sợi nhựa cụ thể có thể không tuân theo đặc tính “điển hình” và có thể cần phương pháp sấy riêng. Việc áp dụng một mức nhiệt và thời gian cố định cho mọi loại sợi nhựa in 3D (filament) có thể làm tăng nguy cơ sấy nhựa quá khô.

Luôn sấy nylon, hiếm khi cần sấy PLA

Như bạn có thể thấy từ biểu đồ trên, nylon có khả năng hút ẩm rất cao (hygroscopic), trong khi PLA thì không. Nếu được bảo quản đúng cách, bạn có thể không bao giờ cần sấy PLA, nhưng với nylon, bạn có thể sẽ thường xuyên phải sấy và thậm chí phải in trong khi sợi nhựa đang được bảo quản trong hộp sấy khô (dry box). Khi sấy nylon, cần tuân thủ đúng nhiệt độ và thời gian khuyến nghị để tránh sấy nhựa quá khô, làm ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu.

Nylon chịu nhiệt cao (PAHT) được in khi còn ẩm và sau đó được in khi đã sấy khô.

Chỉ khi in bằng nylon hoặc TPU, mới bắt đầu nhận thấy các vấn đề liên quan đến độ ẩm. Tuy nhiên, ngay cả với những vật liệu cần sấy thường xuyên, việc sấy nhựa quá khô vẫn có thể gây ra những ảnh hưởng không mong muốn nếu nhiệt độ hoặc thời gian không phù hợp.

Ngoài ra, tùy thuộc vào khí hậu nơi bạn sinh sống và loại nhà hoặc tòa nhà nơi bạn thực hiện in 3D, độ ẩm môi trường có thể vốn đã thấp và PLA của bạn có thể không bao giờ cần sấy. Trong trường hợp này, việc sấy nhựa quá khô do áp dụng quy trình sấy không cần thiết có thể khiến bạn tốn thêm thời gian mà không mang lại lợi ích rõ rệt.

Tuy nhiên, trước khi mặc định sấy tất cả sợi nhựa mới, hãy thử in một mẫu hiệu chỉnh ngắn. Nếu không thấy hiện tượng kéo sợi hoặc các vấn đề về đùn, bạn có thể tiết kiệm thời gian và tránh nguy cơ làm suy giảm chất lượng vật liệu do sấy không cần thiết, đồng thời hạn chế nguy cơ sấy nhựa quá khô.

Cách sấy sợi nhựa in 3D quá khô (không nên làm)

Nếu bạn không thể tin tưởng vào chỉ báo nhiệt độ trên lò sấy, hãy mua thêm thiết bị đo nhiệt độ lò có độ chính xác cao hơn để tránh những vấn đề như thế này.

Như chúng ta đã đề cập, các loại polymer phản ứng khác nhau với độ ẩm. Chúng cũng phản ứng khác nhau với quá trình sấy, đặc biệt là giai đoạn gia nhiệt. Một số polymer rất khó bị sấy nhựa quá khô, trong khi những loại khác có thể dễ dàng bị hư hại nếu sấy quá lâu hoặc ở nhiệt độ quá cao.

Sấy sợi nhựa ở nhiệt độ quá cao cũng có thể làm cuộn nhựa bị cong vênh.

Không sấy ở nhiệt độ quá cao

Nhiệt độ quá cao là một trong những cách rõ ràng nhất có thể làm hỏng sợi nhựa trong quá trình sấy, đồng thời làm tăng nguy cơ sấy nhựa quá khô. Hai đặc tính nhiệt mà bạn có thể thấy được liệt kê đối với một loại polymer là nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh và nhiệt độ nóng chảy

• Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh là khoảng nhiệt độ mà các vùng vô định hình của polymer trở nên linh động hơn và vật liệu nhìn chung trở nên mềm hơn.
• Nhiệt độ nóng chảy chủ yếu áp dụng cho các polymer bán tinh thể và đánh dấu khoảng nhiệt độ mà các vùng tinh thể của chúng nóng chảy.

Hãy sử dụng nhiệt độ và thời gian sấy được khuyến nghị cho chính loại sợi nhựa đó, đồng thời đảm bảo bản thân cuộn nhựa có thể chịu được các điều kiện này. Tuân thủ đúng thông số là cách đơn giản nhất để tránh sấy nhựa quá khô và duy trì chất lượng sợi nhựa in 3D.

Nhiệt độ quan trọng của các loại polymer dùng cho sợi nhựa in 3D

Polymer sợi nhựa in 3D	Nhiệt độ sấy	Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh	Nhiệt độ in 3D	Nhiệt độ nóng chảy
PLA	40–50°C	~60ºC	180–220°C	~170–180°C
Nylon 6 / Nylon 12	70–80°C / 65–75°C	~50ºC / ~40ºC	250–270°C / 240–260°C	~220–225°C / ~178–180°C
PETG	65–75°C	~80ºC	220–250°C	~230–260°C
TPU	40–60°C	~50ºC	200–240°C	không áp dụng
ABS	70–80°C	~105ºC	220–250°C	~210–250°C
ASA	70–80°C	~100ºC	220–250°C	~220–245°C
HIPS	65–75°C	~95ºC	210–240°C	~210–250°C
PVA	40–50°C	~85ºC	190–220°C	~190–220°C
PC	100–120°C	~150ºC	260–300°C	~260–270°C
PP	70–80°C	~ -10ºC	200–230°C	~160–175°C
PEEK	120–130°C	~143ºC	340–360°C	~343°C
PEI	120–140°C	~217ºC	360–400°C	~340°C

Không sấy quá lâu

Liệu sấy 12 giờ thay vì 6 giờ có làm hỏng sợi nhựa không? Một lần nữa, chúng tôi chỉ có bằng chứng thực tế từ người dùng, những người nhận thấy sợi nhựa bắt đầu trở nên giòn do “quên” sợi nhựa trong lò hoặc sấy lâu hơn thời gian được khuyến nghị. Việc tiếp xúc với nhiệt quá lâu có thể làm tăng nguy cơ sấy nhựa quá khô và gây suy giảm tính chất của polymer.

Một cách thực hành tốt là ưu tiên sấy trong thời gian ngắn hơn thay vì lâu hơn, nhưng luôn tuân thủ khuyến nghị cụ thể của từng thương hiệu. Đây là cách đơn giản để hạn chế nguy cơ sấy nhựa quá khô, đặc biệt với những loại sợi nhựa in 3D (filament) nhạy cảm với nhiệt. Thời gian sấy thực tế còn phụ thuộc vào loại polymer, nhiệt độ, mức độ ẩm ban đầu và thiết bị sấy.

Để minh họa mức độ khác biệt về yêu cầu sấy giữa các thương hiệu và công thức vật liệu, chẳng hạn như nylon, dưới đây chúng tôi liệt kê hướng dẫn sấy của năm loại sợi nhựa nylon.

5 cách sấy nylon khác nhau

Nylon	Hướng dẫn sấy từ nhà sản xuất
Ultrafuse PA của BASF ForwardAM	80°C trong máy sấy khí nóng hoặc lò chân không ít nhất 40 giờ
Bambu Lab Carbon Fiber Reinforced PA6	80°C trong 8–12 giờ
MatterHackers NylonX Carbon Fiber	sấy trong lò ở 82°C trong 4–6 giờ
Prusa Prusament PA11 CF	90ºC trong 6 giờ
eSun ePA12 Nylon	lò sấy 70°C trong 12 giờ

Không cần quá lo lắng về việc sấy quá thường xuyên

Việc lặp đi lặp lại các chu kỳ hấp thụ độ ẩm và sấy khô có thể ảnh hưởng đến đặc tính bề mặt của sợi nhựa, có khả năng làm tăng độ nhám hoặc gây ra các bất thường. Tuy nhiên, việc sấy lặp lại không đúng cách vẫn có thể làm tăng nguy cơ sấy nhựa quá khô, đặc biệt khi sử dụng nhiệt độ cao hoặc thời gian quá lâu.

Một số polymer nhạy cảm với độ ẩm có thể xảy ra phân hủy thủy phân khi bị ngâm trong nước chẳng hạn. Tuy nhiên, trong điều kiện thông thường, hơi ẩm được hấp thụ chủ yếu đóng vai trò như một chất hóa dẻo và không nhất thiết đồng nghĩa với việc vật liệu đã bị hư hại đáng kể.

Việc sấy hoặc gia nhiệt lặp đi lặp lại có thể khiến các chất phụ gia này bay hơi hoặc bị phân hủy theo thời gian, dẫn đến thay đổi các đặc tính của vật liệu, chẳng hạn như giảm khả năng chịu va đập. Do đó, thay vì cố gắng sấy càng nhiều càng tốt, hãy kiểm soát nhiệt độ và thời gian để tránh sấy nhựa quá khô.

Cách sấy sợi nhựa in 3D đúng cách

Điều khiển nhiệt độ chính xác trên máy sấy sợi nhựa Apium F300

Đây là mục tiêu của mọi quá trình sấy sợi nhựa, nhưng cách thực hiện có thể rất khác nhau. Việc kiểm soát đúng nhiệt độ và thời gian là yếu tố quan trọng để loại bỏ độ ẩm mà không khiến sợi nhựa bị sấy nhựa quá khô.

Có nhiều phương pháp để sấy sợi nhựa : Máy sấy sợi nhựa, lò sấy, máy khử nước, ..

Tủ bảo quản sợi nhựa FlashForge Filament Humidor Cabinet có thể đạt nhiệt độ sấy lên đến 120°C

Máy sấy sợi nhựa in 3

Đây là lựa chọn tốt nhất vì hầu hết các máy đều được trang bị các cơ chế an toàn giúp ngăn sấy nhựa quá khô, chẳng hạn như tính năng tự động tắt.

Hầu hết máy sấy sợi nhựa đều sử dụng nhiệt kết hợp với luồng khí cưỡng bức, nhưng một số máy chỉ cung cấp nhiệt và yêu cầu bạn mở máy định kỳ để hơi ẩm thoát ra ngoài. Chỉ sử dụng nhiệt thôi không phải là phương pháp khử ẩm hiệu quả. Nếu nhiệt độ được duy trì quá cao trong thời gian dài, phương pháp này còn có thể làm tăng nguy cơ sấy nhựa quá khô và ảnh hưởng đến tính chất của sợi nhựa in 3D (filament).

Để đảm bảo sợi nhựa không hấp thụ hơi ẩm trong quá trình in, một số mẫu máy sấy được trang bị hệ thống cấp sợi nhựa tự động thông qua ống PTFE. Đây cũng là giải pháp hữu ích giúp duy trì trạng thái khô ổn định sau khi sấy, thay vì phải sấy lại nhiều lần và vô tình làm sấy nhựa quá khô.

Polymer sợi nhựa in 3D	Cài đặt sấy điển hình
PLA	40–45°C trong 2–4 giờ
Nylon 6 / Nylon 12	70–80°C trong 6–12 giờ / 65–75°C trong 4–6 giờ
PETG	65–70°C trong 4–6 giờ
TPU	40–50°C trong 4–6 giờ
ABS	65–70°C trong 2–4 giờ
ASA	65–70°C trong 2–4 giờ
HIPS	60–70°C trong 2–4 giờ
PVA	45–55°C trong 4–6 giờ
PC	80–110°C trong 4–6 giờ
PP	55–65°C trong 2–4 giờ
PEEK	120–150°C trong 6–12 giờ
PEI	120–150°C trong 6–12 giờ

Lò sấy thông thường

Khi sử dụng lò sấy để làm khô sợi nhựa, hãy sử dụng chế độ luân chuyển khí hoặc khí đối lưu để hơi ẩm có thể được loại bỏ khỏi khoang lò. Một chiếc lò quá nhỏ, chẳng hạn như lò nướng bánh mì, có thể làm nóng sợi nhựa nhưng không loại bỏ hơi ẩm một cách hiệu quả (bạn có thể cần mở cửa lò định kỳ). Tuy nhiên, cần kiểm soát nhiệt độ và thời gian cẩn thận để tránh sấy nhựa quá khô.

Đảm bảo có đủ khoảng trống xung quanh sợi nhựa để không khí lưu thông, không xếp các cuộn nhựa chồng lên nhau và không sấy chung các loại polymer có yêu cầu sấy khác nhau. Một chiếc lò đối lưu gia dụng thông thường có thể sấy hai cuộn nhựa cùng lúc. Hãy đảm bảo các cuộn nhựa được đặt cách xa bộ phận gia nhiệt. Sau khi sấy, hãy để vật liệu nguội ngay trong lò, nơi lúc này tương đối ít hơi ẩm. Việc tuân thủ đúng thời gian sấy cũng giúp hạn chế nguy cơ sấy nhựa quá khô.

Sấy sợi nhựa trên bàn in gia nhiệt (heatbed) của máy in Bambu Lab mất khoảng 12 giờ.

Buồng in hoặc bộ sấy tích hợp bên trong máy in

Một số máy in FDM dành cho người dùng phổ thông có buồng gia nhiệt (heated chamber) cũng có thể được sử dụng như những thiết bị sấy hiệu quả. Ví dụ, Bambu Lab trang bị chế độ sấy trên các máy in 3D thuộc dòng X1 và P1. Hãng khuyến nghị đặt sợi nhựa trong hộp giấy nguyên bản và làm theo hướng dẫn trên màn hình.

Hãng cũng cung cấp danh sách các loại polymer cùng nhiệt độ bàn in gia nhiệt (heatbed) được khuyến nghị, tất cả đều có thời gian sấy 12 giờ. Điều quan trọng là phải lật cuộn nhựa sau mỗi sáu giờ để đảm bảo quá trình sấy đồng đều và hạn chế nguy cơ sấy nhựa quá khô.

Máy sấy thực phẩm

Ở phân khúc tiết kiệm, máy khử nước thực phẩm từ lâu đã được sử dụng để loại bỏ hơi ẩm khỏi sợi nhựa. Điểm hạn chế là các nhà sản xuất vật liệu chưa thực sự khuyến khích phương pháp này và hiếm khi cung cấp hướng dẫn cụ thể về nhiệt độ cũng như thời gian sấy bằng máy khử nước.

Nhìn chung, máy khử nước thực phẩm có nhiệt độ kém chính xác hơn lò sấy và nhiệt độ có thể chênh lệch tới 10°C giữa khu vực gần nguồn nhiệt nhất và khu vực xa nguồn nhiệt nhất (đối với những thiết bị chỉ có bộ phận gia nhiệt ở phía dưới). Các bằng chứng thực tế cho thấy máy khử nước cần nhiều thời gian hơn để sấy sợi nhựa.

Vì vậy, nếu bạn thực sự muốn biết cần sấy loại vật liệu cụ thể của mình trong bao lâu bằng một chiếc máy khử nước thực phẩm cụ thể (hoặc lò sấy), hãy sử dụng phương pháp chúng tôi đề cập ở trên: cân một đoạn sợi nhựa chưa sấy và so sánh với một đoạn tương tự sau khi được sấy bằng máy khử nước. Cách này giúp đánh giá hiệu quả sấy thực tế và hạn chế việc sấy nhựa quá khô do kéo dài thời gian sấy không cần thiết.

Có vô số mẹo và phụ kiện có thể in 3D để biến hầu hết các loại máy khử nước thực phẩm thành máy sấy và hộp sấy khô sợi nhựa

Túi hút ẩm trong hộp kín

Bạn không thể sấy sợi nhựa hiệu quả chỉ bằng cách đặt một cuộn nhựa vào hộp có hạt hút ẩm, ngay cả khi liên tục hút không khí ra ngoài. Phương pháp này chủ yếu giúp duy trì trạng thái khô sau khi sấy, thay vì dùng để sấy nhựa quá khô hoặc thay thế hoàn toàn cho quá trình sấy bằng nhiệt.

Ngành công nghiệp nhựa có nhiều giải pháp công nghiệp sử dụng chất hút ẩm để sấy hạt nhựa dùng cho ép phun và các quy trình sản xuất nhựa khác. Một số giải pháp đưa không khí qua lớp chất hút ẩm để làm không khí trở nên cực kỳ khô. Sau đó, không khí này được gia nhiệt đến nhiệt độ xác định và đưa vào phễu sấy chứa vật liệu cần sấy. Những hệ thống hút ẩm công nghiệp này chưa được ứng dụng rộng rãi trong ngành in 3D cho sợi nhựa, có thể do khối lượng sợi nhựa cần sấy thường thấp hơn nhiều so với hàng trăm kilogram hạt nhựa trong ngành công nghiệp.

Bảo quản khô mà không sấy quá mức

Biến hộp đựng ngũ cốc thông thường thành **hộp sấy khô sợi nhựa (filament dry box)** chỉ với một vài cải tiến đơn giản.

Hộp hoặc tủ bảo quản khô là cách tốt nhất để giữ sợi nhựa tránh khỏi tác động có hại của độ ẩm, nhưng đừng nghĩ rằng chúng không bao giờ có thể khiến sợi nhựa bị sấy nhựa quá khô. Ngay cả các túi hút ẩm, nếu sử dụng đủ nhiều cũng có thể làm giảm hàm lượng ẩm trong hộp xuống mức gây hư hại cho sợi nhựa nếu để trong đó quá lâu, mặc dù trường hợp này khá hiếm. Vì vậy, sấy nhựa quá khô không chỉ có thể xảy ra trong quá trình sấy bằng nhiệt mà còn cần được lưu ý trong quá trình bảo quản dài ngày.

Tất nhiên, những tủ này không có nhiều tính năng tiện ích như các thiết bị bảo quản sợi nhựa chuyên dụng và cũng không có cách nào để cấp sợi nhựa trực tiếp từ tủ đến máy in. Tuy nhiên, để bảo quản thông thường hoặc lưu trữ trong thời gian dài, đây có thể là một lựa chọn tốt, miễn là tủ có thể duy trì độ ẩm tương đối phù hợp với loại sợi nhựa của bạn, thường là dưới 30%.

 

GHI CHÚ CUỐI

3D THINKING hy vọng bài viết này hữu ích và cung cấp đầy đủ thông tin. Để đảm bảo thực hiện an toàn và hiệu quả, nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc vấn đề nào liên quan đến quy trình được mô tả trong bài viết này, chúng tôi khuyến nghị gửi form hỗ trợ hoặc liên hệ tổng đài 19007451 về vấn đề của bạn. Đội ngũ kỹ thuật viên 3D THINKING sẽ phản hồi và hỗ trợ bạn ngay khi nhận được yêu cầu