Retracções: configuração e optimização

Durante a impressão, o extrusor empurra o filamento para o hotend, onde será derretido e extrudido através do orifício do bico. Durante este processo, é criada pressão no interior do bocal que força o plástico a sair através do bocal.

No entanto, assim que o extrusor deixa de puxar o filamento, a pressão no bocal é mantida, fazendo com que uma pequena quantidade de plástico fundido continue a fluir para fora até que a pressão dentro e fora do bocal se iguale.

Este fenómeno faz com que uma pequena quantidade de material continue a sair durante os movimentos de deslocação, nos quais nenhum material deve ser extrudido. Isto faz aparecer pequenas gotículas e fios finos na superfície da peça.

Imagem 1: Efeito de uma má configuração de retracção (esquerda) e de uma fonte correcta (direita): Filament2print

Para evitar isto, as impressoras 3D FFF empregam um mecanismo conhecido como retracção. Antes de realizar um movimento de deslocamento, a extrusora retrai uma pequena quantidade de filamento, libertando a pressão no interior do bocal. Quando o movimento de deslocamento termina e começa um movimento de extrusão, a extrusora empurra para trás outra pequena quantidade de filamento até que o bocal seja escorvado e a pressão no interior do bocal seja restaurada.

A fim de optimizar ao máximo a qualidade de impressão, é muito importante definir os parâmetros de retracção para cada material.

Parâmetros de encolhimento

Os parâmetros básicos de retracção são:

• Distância de retratação: Este é o comprimento do filamento que o extrusor vai retrair. O seu valor, para além do tipo de material, dependerá do comprimento entre o extrusor e o hotend. Nos extrusores directos o seu valor será na gama de 0,4 mm a 1,2 mm, enquanto que nos sistemas bowden a gama será de 2 mm a 10 mm. Uma regra geral para calcular um valor inicial da distância de retracção num sistema bowden é utilizar 1% do comprimento do tubo bowden. Por exemplo, para um sistema bowden com um tubo de 40 cm, será utilizada uma distância de retracção de 4 mm. É importante consultar as especificações do hotend, pois muitos fabricantes indicam uma distância máxima de retracção para o seu hotend. Exceder este valor irá muito provavelmente resultar em entupimento.
• Velocidade de retratação: Esta é a velocidade a que o motor do extrusor vai retrair o filamento. Velocidades muito baixas não irão impedir gotas na superfície da peça, enquanto que velocidades muito altas podem causar mordeduras no filamento. O valor desta velocidade, em geral, será entre 25 mm/s e 45 mm/s, sendo 30 mm/s o valor mais usual em sistemas directos e 40 mm/s em sistemas Bowden.
• Distância de desorientação: Esta é a quantidade de filamento que o extrusor irá extrudir após a retracção do filamento. Normalmente é utilizado o mesmo valor que a distância de retracção do filamento. Por vezes pode ser necessário utilizar um valor diferente, especialmente em sistemas Bowden. Se, após uma retracção, for observada uma pequena queda na superfície da peça, este valor deve ser reduzido, enquanto que se for observada uma pequena folga, será necessário aumentá-la. Em geral, deve ser aumentado ou diminuído em cerca de 5-10 %. Algum software utiliza o termo "reset distance", onde este valor é o aumento ou diminuição do valor de contracção. Por exemplo, uma distância de 0 de reset usaria a mesma distância de retracção e contracção, enquanto que um valor de -0,2 tomaria a distância de contracção menos 0,2 mm que a distância de contracção.
• Velocidade de retratação: Esta é a velocidade a que o filamento é extrudido durante o movimento. Em geral, será tomado o mesmo valor que a velocidade de retracção ou um valor ligeiramente inferior.

Imagem 2: Secção de configuração da retracção em diferentes softwares de laminação. Fonte: Filament2print

Para além destes parâmetros básicos, existem outros que influenciam a qualidade da peça:

• Distância mínima após a retracção: Esta é a distância mínima de deslocamento antes da qual será realizada uma retracção. Evita retracções desnecessárias quando a compensação é muito pequena.
• Levantar, levantar em ou Z-Hop: Se for definido um valor diferente de 0, o hotend levantará a distância indicada enquanto executa a retracção e depois baixará novamente após o offset. Esta função ajuda a evitar marcas na superfície da peça de trabalho e evita o aparecimento de fios. Um valor entre 100% e 200% da altura da camada é normalmente suficiente.
• Limpar enquanto se retrai, escorrer, limpar o bocal: Efectua um pequeno movimento do ponto quente durante a retracção para limpar o bocal e esconder a costura. Em alguns softwares esta é uma caixa de verificação activável e em outros o valor pode ser definido.

Nem todo o software inclui todos estes parâmetros, e alguns destes parâmetros podem comportar-se de forma diferente de um software para outro. Antes de modificar os valores dos parâmetros de retracção, o manual do software deve ser consultado para compreender como cada um deles se comporta.

Calibrar os parâmetros de retracção

Como existem múltiplos parâmetros, é complexo obter uma combinação adequada de uma forma simples. Para tal, será necessário realizar múltiplos testes em fases até que os valores certos sejam obtidos. Será necessário ajustar os parâmetros de retracção independentemente para cada material, e para isso devemos ter previamente determinado a temperatura de impressão apropriada para cada material.

Em primeiro lugar, deve ser obtida a distância e a velocidade de retracção adequadas, pelo que os restantes parâmetros devem ser deixados desactivados ou com os seus valores pré-definidos.

Os valores óptimos de velocidade e distância de retracção são os valores mais baixos que evitam o aparecimento de roscas durante os movimentos de deslocação. Serão tomadas as seguintes medidas para determinar estes valores:

• Deve ser definida uma baixa velocidade de retracção, de preferência 25 mm/s.
• Deve ser fixado um valor intermédio da distância de retracção: 0,8 mm para as extrusoras directas, 0,75% do comprimento do tubo para as extrusoras bowden.
• Será então impresso um teste de encolhimento. É possível encontrar vários criados em repositórios de ficheiros bem conhecidos.
• O resultado será verificado:
• Se não aparecerem fios, a distância de encolhimento será reduzida para metade.
• Se os fios aparecerem, aumentar a distância de retracção em 50%.
• Repetir o processo tantas vezes quantas forem necessárias até se obter um resultado satisfatório.

Em qualquer caso, devem ser utilizadas distâncias não superiores a 3 mm para extrusoras directas e não mais de 5% do comprimento do tubo para sistemas bowden. Se não for possível obter um resultado aceitável dentro deste intervalo, a taxa de contracção deve ser aumentada em 5 mm/s e o processo deve ser repetido. Não se recomenda a utilização de velocidades de contracção superiores a 40 mm/s, pelo que se, uma vez alcançado este resultado, ainda não for alcançado um resultado satisfatório, deve ser seleccionada a combinação que dê os melhores resultados.

Com algumas impressoras e filamentos pode não ser possível remover completamente os fios, mesmo com a melhor combinação de velocidade e distância de encolhimento. Nestes casos é aconselhável activar outras funções tais como "Z-lift", "Clean while retracting", "Run-in" ou "Nozzle cleaning", o que ajudará a minimizar ou eliminar fios.

Problemas associados a configurações de retracção deficientes

As consequências de valores excessivamente altos ou baixos dos parâmetros de encolhimento são muito diferentes. Embora valores demasiado baixos de velocidade de retracção e distância de retracção tenham consequências puramente estéticas (aparecimento de fios e gotas nas peças), a fixação de valores demasiado altos leva frequentemente ao entupimento do interior do heatbreak. Isto porque se a retracção for demasiado longa, a ponta fundida do filamento atingirá a zona fria da quebra de calor, expandindo-a e bloqueando-a.

Se, após definir as retracções, notar que ocorrem encravamentos, especialmente em impressões longas, a distância de retracção deve ser ligeiramente reduzida.