初心者ながら3DプリンターのEnder-3での改造や評価テストを行っています。
今回、初期型Ender-3の改造を進める中で、これまで経験したことがないトラブルに遭ってしまったので記載します。
トラブル内容
FDM式3DプリンターEnder-3を使われている方なら、ほとんどの方が経験していると思われるトラブルなんですが、フィラメント（PETG）の供給不足による造形不良です。
これまで何度も経験しているトラブルなんですが、造形途中でノズルからの吐出量が極端んに落ちて正常な造形が出来ません。最近はほとんど起こっていませんでした。
先日、エクストルーダ押出し部の金属化改造を行った後なので「もしかして、改造が仇に・・」とも一瞬思いつつ・・。
経験上「またいつものホットエンド部のPTFEチューブ先端の詰まりか・・・？」と確信したのですが・・。
トラブル調査
早速、ホットエンド部の分解に取り掛かります。
ノズル部を加熱して、押出し部からフィラメントを抜き取ろうと試みます。
しかし、ガッチリとフィラメントが固まっておりなかなか抜けません。やっとの思いで、フィラメントを抜き取ったのですが、PTFEチューブ内にあるフィラメントが変形していて、通常のギヤのギザギザ痕以上に潰れている箇所がありました。
とりあえずこの手のトラブルは、ホットエンド部のPTFEチューブ先端の詰まりが殆どなので分解を開始しました。チューブをホットエンドから抜き取って先端の状態を確認しましたが、特にチューブの潰れやフィラメントの溜まりもありません。ノズル先端から針を入れても特に抵抗もなく通っていそう。念のため、ノズルとPTFEチューブを新品に交換して、造形を再開しました。しかしながらまたもや、押出し部が「コンコン」と悲鳴を上げ始め、遂には同様に詰まってしまいました。
結局はホットエンド部の詰まりではなく、他に原因が・・・？？
これ以外の原因といえば・・、押し出し部？PTFEチューブ？ってことになります。
まず思ったのが、押し出し部のバネ圧が強すぎてフィラメントを押しつぶしてる？
先日交換したばかりの押出し部を再度分解し、フィラメントの押え具合いを確認しましたが、特に気になる点もありません。
次に潰れたフィラメントの状態を再確認すると、潰れた部分の幅が広がっており、PTFEチューブ内を通る時にかなりの抵抗があることに気づきました。
少し見難いのですが、潰れたフィラメントは幅が広くなっています。
フィラメントの吐出量不足の直接の原因は、このPTFEチューブ内での抵抗増大と確信しました。フィラメントの径は1.75mm、これに対してPTFEチューブの内径は2mm。フィラメントが変形すれば詰まり易くなることは容易にわかります。
しかし、これまでも散々造形を繰り返していて、「何で今頻発するの？」という疑問が残ります。
主たる原因の考察
問題は、フィラメントの潰れがなぜ大きくなったのか？
考えられる要因は、
１．エクストルーダ押出し部の金属部品への交換
寸法や取付具合い、バネ圧等に特に問題は見られませんが、交換後に問題が出始めたことから、何らかの影響があるはず。例えば、ギヤも交換したのでフィラメントへの食い込みが鋭くなったとか・・？（想像ですが・・）
元の樹脂製のものに戻して比較すれば確かなことがわかるのでしょうが、新しい金属製部品を否定したくないので、ここは触らないでおきます。
２．頻繁な引き戻し動作？
造形時の移動動作の際、引き戻しという動作が発生します。移動前にフィラメントを逆送りして、移動先でフィラメントを元の状態に戻して吐出を再開するという動作です。
この動作は、糸引きの低減や積層のぶつかりを防ぐために必要な動作ですが、送り出し部のギヤが高速で逆回転、回転を行うわけです。どうもつぶれ具合いが大きい箇所はこの引き戻し動作が関係しているのでは？と思ったわけです。
私にはこれぐらいしか考えられません。
対策
１．押出し部のバネ圧が一番弱い状態であることを確認しました。
２．Curaの設定で、引き戻しの量を5mm→3mmに変更しました。
糸引きの状況を見ながら調整中。
３．Curaの設定で、インフィルパターンやサポートパターンで「ジグザグ」を選択することで、引き戻し動作を減らす。
対策後の造形
根本的な対策を取ったわけでないのですが、とりあえずは正常な造形ができるようになりました。
ただ、翌日ですが造形を再開した時に、またもや「コンコン」音が・・・。
とりあえずは印刷速度を80%ぐらいに落として様子を見ると、数分後には音も消えて、印刷速度を100%に戻しても正常な印刷を続けています。
この現象は、押出し部のギヤで、フィラメントが一晩中押され続けていたことから、変形が大きくなり、PTFEチューブに通り辛くなったのではと推測されます。
今回のトラブルを経験して
原因としてはほぼ明確になりましたが、どうも対処法がもやもやしてスッキリしません。
この問題は、エクストルーダ部がボーデン式（押出し部とヘッド部の間にPTFEチューブを介してフィラメントを送り込む方式）であるが故の問題です。
この問題をスッキリ解消するには、PTFEチューブのないダイレクトエクストルーダ化、ということになります。
ただ、これはこれで色々課題があります。ダイレクトエクストルーダを採用すると、ヘッド部が重くなり、X軸への負担が大きくなります。更にはX軸を上下に動かすZ軸は、1本の送りネジでは負担も大きく、動作が不安定になります。
なので、改造手順としては、
１．デュアルZ軸化（約2500円）
２．アンチバックラッシュスプリング追加（約500円）
３．ダイレクトエクストルーダ化（約3400円）
を順次行っていこうかなと思っています。
