反り（ワーピング）

これらの現象に入る前に、印刷速度と印刷温度に関して重要な点を明確にする必要があります。

通常、印刷温度はヒートブロック温度（˚C）として定義され、印刷速度は印刷中のプリントヘッドの速度（mm/s）を示します。

このページでは、押出温度や押出率など、より実用的な要因について言及します：

押出温度： プラスチックがノズルから出るときの温度（˚C）

押出率： プラスチックがノズルから押し出される速度（mm3/s）

印刷温度と押出

押出温度は様々な要因で上げることができます：

印刷温度を上げる、印刷速度を下げる、レイヤー高さを減らす、またはノズルの加熱室長を増やす。

押出率は様々な要因で下げることができます：

印刷速度を下げる、レイヤー高さを減らす、または押出し厚さを減らす。

反り（ワーピング）

3D印刷では、プリンター上で部品が変形したり、反り上がったり、ベッドから剥がれたりすることがあり、これをワーピング（反り）と呼びます。これは3D印刷プロセスによって蓄積された応力が原因です。

内部応力の起源はまだ議論の余地があり、3Dプリンターの設定によって多くの要因が製造時の内部応力に寄与している可能性があります。ここではすべてのFDM機に考慮すべき一つの仮説を示します：

押出プロセス中にポリマーはダイ（小さな穴／ノズル）を通して押し出され、この段階でポリマー鎖は応力状態に引き伸ばされ、次にビルドプレートや前の層のプラスチックに付着します。この応力は時間とともにゆっくりと解放されますが、温度がポリマーに応力を解放するために十分に自由に動けない場合、または層がベッドやビルドプレートにうまく付着していない場合、層全体でのこの応力の蓄積が部品を巨視的に変形させます。

ワーピング

ワーピングや亀裂は常に、この応力の蓄積がベッドや層間接着を越えていることの表れです。

その結果、ワーピング／亀裂を防ぐ方法は三つあります：

1. ポリマーに十分なエネルギーを与え、内部応力を自由に解放させる。

応力の大部分は押出直後に解放されます。実際、材料は高温で押出されその後Tg以下に冷却されます。ポリマーが内部応力の大部分を解放するのはこのTg以上の時間の間ですが、この時間が短すぎると平衡に到達する時間がありません。この時間を延ばすことがワーピングを減らす方法です。

この時間を延ばす方法は次のとおりです：

押出温度（PT）を上げる：

室温またはチャンバー温度（RT）を上げる：

冷却速度を下げる：

2. ベッドまたは層の接着を改善する

応力の蓄積は層を別の層から（層間剥離）あるいはベッドから（ワーピング）持ち上げる傾向があります。しかし、ベッド／層の接着が変形に耐えうるほど強ければ、ポリマーは部品を変形させることなく応力を解放できます。ベッド接着は適切なベッド表面やコーティングを使用することで改善できます。

層接着を改善する方法を話す前に、層接着とは何かを見てみましょう：

層接着は一層から別の層へとポリマー鎖が絡み合うことによって可能になります。

この絡み合いは、両方の層がTg以上に加熱され、両層のポリマー鎖が自由に動くときに可能となり、その動きによって鎖同士が絡み合います。

層接着を改善するには、層界面でのポリマー鎖の絡み合いの数を増やす必要があります。絡み合いの数は、両層がTg以上の温度で接触している時間を増やすことで増加します。ご覧の通り、これは方法1と同じ解決策です。しかし、層接着を改善する追加の要因として、押出幅を広げることで層間の接触面積を増やすことが挙げられます。

3. 応力の発生を減らす

ワーピングを解決するためのこの三つ目の方法は、ワーピングの根本原因である内部応力を減らすことに依存します。

前述のように、応力は材料をダイを通して押し出すことで生じ、速度プロファイルがポリマー鎖を引き伸ばし配向させます。応力発生を減らすにはこの速度プロファイルを平坦化する必要があります。この速度プロファイルはノズルサイズを大きくする、押出率を下げる、材料の粘度を下げる（印刷温度を上げる）、または内部ノズル表面に低抵抗のコーティングを施すことで平坦化できます。

上記のワーピングの説明は、非晶質ポリマーと半結晶性ポリマーの両方に適用できます。しかし、半結晶性ポリマーは結晶化という追加の応力源に直面します。

実際、印刷時に部品は冷却する際に結晶化を起こし、小さな結晶が形成されます。秩序だった構造として結晶は体積を小さくし、部品を収縮させます。これがナイロン素材がビルドプレートが45度程度でも反る理由です。結晶があまりにも速く形成されると、各層に小さな結晶が生じて各層ごとに大きな応力を作り、その応力の蓄積が部品を巨視的に変形させます。