À propos du séchage

Le séchage des polymères est un processus complexe influencé par de nombreux facteurs.

Il faut comprendre que le filament peut absorber l'humidité de plusieurs façons. L'humidité peut être physiquement adsorbée à la surface du filament, ou dans ses pores et microfissures - les composites peuvent même absorber de l'humidité jusqu'à un certain point, même sur la base de matériaux non hygroscopiques. C'est d'ailleurs à cela que repose la différence de vitesse à laquelle des PETG de différents fabricants absorbent l'humidité - c'est un filament très capricieux à fabriquer et les perturbations du processus technologique ajoutent des défauts structurels. Mais bien plus important encore, l'humidité peut être chimiquement adsorbée par le polymère lui-même, comme c'est le cas avec les matériaux hygroscopiques de type polyamides (nylons), et les mécanismes sont déjà très complexes. Nous n'entrerons pas dans les détails de ces mécanismes pour ne pas alourdir l'article. Si cela vous intéresse, vous pouvez consulter les manuels sur les polymères et la construction des machines de traitement des polymères. Après avoir parcouru la littérature sur cette question, on peut dire que le processus de séchage dépend de plusieurs facteurs clés : la différence d'humidité relative, la température du polymère et la convection de l'air.

Avec l'humidité relative, ou plutôt avec la différence de pression partielle de la vapeur d'eau dans le matériau et dans l'environnement, tout est assez clair. Fondamentalement, nous avons besoin que l'humidité de l'atmosphère environnante soit inférieure à celle du plastique. Le gradient de concentration de vapeur d'eau qui en résulte force les molécules d'eau à migrer de la profondeur vers la surface du polymère et ensuite à s'évaporer dans l'atmosphère. En principe, ce seul facteur suffit pour que le plastique commence à sécher. C'est pourquoi, en quelque sorte, les sécheuses utilisant des éléments Peltier fonctionnent, qui en essence gèlent l'humidité de l'air. Et même si on jette simplement un plastique suffisamment humide dans une boîte contenant du gel de silice, il va se dessécher (jusqu'à une certaine limite), surtout s'il s'agit d'humidité physiquement adsorbée.

C'est une autre affaire que sans chauffage, le processus serait très inefficace, en particulier dans le cas des matériaux hygroscopiques, où les molécules d'eau sont chimiquement liées aux chaînes polymères. En gros, l'augmentation de la température nous apporte 2 avantages à la fois. D'abord, la mobilité des molécules d'eau et des chaînes polymères augmente. Les molécules d'eau acquièrent une énergie supplémentaire, ce qui leur permet de surmonter plus facilement l'énergie de la liaison chimique et de se détacher de la chaîne polymère. De plus, la température affecte l'humidité relative, augmentant le gradient de concentration de vapeur entre le matériau et l'atmosphère et forçant les molécules d'eau à migrer plus activement de la profondeur vers la surface du polymère, où elles s'évaporent avec succès. Cependant, sans convection, le processus d'évaporation à partir de la surface est considérablement gêné, et cela s'applique particulièrement aux couches plus profondes du matériau que nous voulons sécher - dans notre cas, les spires internes de la bobine. De plus, si le séchage se fait dans un espace fermé, l'évaporation de l'eau du plastique augmentera l'humidité de l'atmosphère, ralentissant progressivement le processus de séchage jusqu'à ce qu'il s'arrête complètement. Autrement dit, là encore, le chauffage seul ne peut sécher le plastique que jusqu'à un certain point, et encore, pas tout. À cela s'ajoute que le chauffage du plastique pendant le séchage n'est pas une procédure inoffensive, car l'augmentation de la température entraîne un vieillissement et une dégradation accélérés du polymère, en particulier par hydrolyse - la rupture des chaînes polymères dans la réaction avec les molécules d'eau. Et pendant que nous séchons les spires externes de la bobine par simple chauffage, l'humidité provenant des spires internes n'est pratiquement pas évacuée, et elles subissent ensemble une hydrolyse accélérée. Après quelques séchages, la différence ne sera probablement pas visible, mais une dizaine de cycles dans ce mode - et un PLA quelconque au cœur de la bobine deviendra tellement fragile qu'il se cassera dans les mains.

C'est là que la composante convective du séchage entre en jeu, à savoir le soufflage d'air chaud. Premièrement, les flux d'air évacuent plus rapidement l'humidité déjà évaporée de la couche proche de la surface autour du filament et, dans une certaine mesure, ventilent la bobine de filament, accélérant ainsi l'évaporation et augmentant considérablement l'efficacité du séchage, en particulier pour les spires internes. Deuxièmement, en injectant de nouvelles portions d'air dans le sèche-filament, nous expulsons l'ancien air déjà saturé d'humidité et maintenons une faible humidité relative dans le sèche-filament. Bien sûr, l'air atmosphérique que nous fournissons au sèche-filament a une certaine humidité initiale, et la vapeur d'eau provenant de celui-ci ne disparaît nulle part lorsqu'elle entre dans le sèche-filament. Nous avons donc toujours une limite en dessous de laquelle nous ne pouvons pas réduire l'humidité relative et ne pouvons pas sécher le filament. C'est pourquoi dans les installations industrielles de séchage, par exemple les granulés de polymère avant injection, ils vont encore plus loin - l'air y est pré-séché avant le chauffage et l'alimentation de la chambre de séchage. De plus, les installations réelles peuvent être construites de manière assez complexe, avec un séchage multietapes ou cyclique, avec manipulation de la température et du point de rosée selon certains algorithmes, etc. Mais en tout cas, d'une manière ou d'une autre, la convection de l'atmosphère autour du polymère à sécher est assurée.

On pose souvent dans les communautés la question "Ce sèche-filament est-il bon ?", en montrant des sèche-filaments d'AliExpress. Parmi eux, l'un des sèche-filaments chinois tout prêts les plus "reconnus" par la communauté est le Sunlu S2 (nouvelle révision, avec un petit ventilateur à l'intérieur). Et c'est justifié. Sur la base de ce qui précède, ce sèche-filament peut sécher le plastique. Il supprimera probablement la majeure partie de l'humidité des spires supérieures du filament assez efficacement, et cela suffira pour voir la différence sur l'impression - après tout, ce sont exactement ces spires externes qui vont en premier à l'extrudeuse, et pour une impression normale, le filament ne doit pas être parfaitement sec, même dans l'industrie les normes impliquent un certain pourcentage admissible (et parfois nécessaire) d'humidité dans divers polymères. C'est une autre affaire que sans un bon soufflage actif, pendant que nous imprimerons avec les spires externes sèches, le filament au cœur de la bobine sera inutilement "à cuire dans son propre jus".

Quant à la "ventilation", dans un sèche-filament absolument hermétique, l'atmosphère se saturera tôt ou tard de vapeur d'eau et l'efficacité du séchage diminuera à zéro. C'est vrai, il est douteux que le sèche-filament montré dans la vidéo soit complètement hermétique, l'humidité excessive s'en échappera de toute façon, au moins en raison de la différence d'humidité relative avec l'atmosphère. Je ne pense donc pas qu'une ventilation supplémentaire soit vraiment nécessaire, mais en revanche, remplacer le ventilateur assurant la convection par un plus puissant pourrait avoir du sens, si le ventilateur d'origine est trop faible.

Ainsi, la conception d'un sèche-filament avec un bon soufflage/mélange d'air chaud sèchera plus rapidement, plus efficacement et de manière plus sûre pour le plastique, qui au final sera plus sec tout en préservant au maximum les propriétés initiales du polymère.

Cet article est une version adaptée de la réponse de Viktor Shapovalov (merci beaucoup à lui) à la question d'un abonné concernant le séchage du filament en général et le sèche-filament Sunlu S2 en particulier. Merci beaucoup pour les conseils lors de la préparation de ce matériel à Anton Sovetov (3d-club.ru) et à Andrey "Kekht" Korolyov (également pour l'adaptation).