ความเร็วพิมพ์ 3 มิติ กับคุณภาพ: ตัวจำกัดจริงคือ max volumetric flow
ความเร็วใน slicer ไม่ใช่ความเร็วจริง สูตร layer height × line width × speed = mm³/s คำนวณให้ดู acceleration input shaping และเร็วเกินแล้วเกิดอะไร
- ปริมาณพลาสติกที่ hotend หลอมได้ต่อวินาที (mm³/s) คือเพดานจริง ความเร็วที่ตั้งไว้สูงกว่านั้น slicer จะลดให้เองหรือเครื่องจะฉีดไม่ทัน
- สูตรเดียวที่ต้องจำ: layer height × line width × speed = flow เช่น 0.2 × 0.45 × 100 mm/s = 9 mm³/s
- hotend มาตรฐานหลอมได้ราว 8-12 mm³/s PLA ส่วน hotend แบบ high-flow ได้ 20-40 mm³/s เครื่องเร็วจึงเร็วได้เพราะ hotend ไม่ใช่เพราะมอเตอร์
- acceleration กำหนดว่าเครื่องถึงความเร็วที่ตั้งไว้จริงหรือไม่ ชิ้นเล็กไม่เคยถึง ส่วน input shaping ลดรอยคลื่นที่มากับ acceleration สูง
ตั้งความเร็ว 300 mm/s ในโปรไฟล์ แต่ดูเครื่องพิมพ์จริงกลับวิ่งราว 130 mm/s ไม่ใช่เครื่องเสีย slicer จงใจลดให้ เพราะ hotend หลอมพลาสติกได้แค่นั้น บทนี้อธิบายว่าอะไรกำหนดความเร็วจริง คำนวณได้ด้วยสูตรบรรทัดเดียว และเมื่อเร็วเกินไปชิ้นงานเสียตรงไหนก่อน
ตัวเลขอ้างอิงหัวฉีด 0.4 mm ความกว้างเส้น 0.45 mm ซึ่งเป็นค่าตั้งต้นทั่วไป
ความเร็ว 3 ตัวที่ไม่ใช่ตัวเดียวกัน
- Speed (mm/s) ความเร็วที่หัวพิมพ์เคลื่อนขณะฉีด ตั้งแยกตามประเภทเส้น ผนังนอก ผนังใน infill ชั้นแรก
- Acceleration (mm/s²) อัตราที่เครื่องเพิ่มความเร็วจากหยุดนิ่งถึงความเร็วที่ตั้ง ตัวนี้บอกว่าเครื่อง “ถึง” ความเร็วนั้นจริงหรือไม่
- Volumetric flow (mm³/s) ปริมาณพลาสติกที่ไหลออกจากหัวฉีดต่อวินาที ตัวนี้คือเพดานที่ hotend กำหนด
คนส่วนใหญ่ปรับแค่ตัวแรก แต่ตัวที่สองและสามคือสิ่งที่ตัดสินว่างานออกมาเร็วจริงและดีจริงหรือไม่
สูตรเดียวที่ต้องจำ
หน้าตัดของเส้นพลาสติกหนึ่งเส้นประมาณได้เป็นสี่เหลี่ยม ความสูงชั้น × ความกว้างเส้น เส้นนั้นวิ่งด้วยความเร็วเท่าไร พลาสติกก็ต้องไหลออกเท่ากับหน้าตัดคูณความเร็ว
flow (mm³/s) = layer height (mm) × line width (mm) × speed (mm/s)ตัวอย่างชั้น 0.2 mm เส้น 0.45 mm
| ความเร็วที่ตั้ง | คำนวณ | flow |
|---|---|---|
| 60 mm/s | 0.2 × 0.45 × 60 | 5.4 mm³/s |
| 100 mm/s | 0.2 × 0.45 × 100 | 9.0 mm³/s |
| 200 mm/s | 0.2 × 0.45 × 200 | 18.0 mm³/s |
| 300 mm/s | 0.2 × 0.45 × 300 | 27.0 mm³/s |
ทีนี้เทียบกับที่ hotend ทำได้ Prusa Knowledge Base ให้ช่วงไว้ดังนี้
| hotend | flow ที่ทำได้ (PLA) |
|---|---|
| all-metal มาตรฐาน (แบบ E3D V6 หรือเครื่อง bed-slinger รุ่นเก่า) | 8-12 mm³/s |
| hotend รุ่นใหม่ของเครื่องเร็ว (เช่น Prusa Nextruder) | 15-20 mm³/s |
| หัวฉีดแบบ high-flow (CHT) | 20-35 mm³/s |
| hotend แบบ high-flow (เช่น Revo HF, Rapido HF) | 25-40 mm³/s |
และตามวัสดุ (ช่วงจาก Prusa): PLA 12-20, PETG 8-15, ABS/ASA 10-16, Nylon 8-12, PC 6-10, TPU 2-5 mm³/s ค่าจริงต่ำกว่านี้ได้ถ้า hotend เป็นแบบมาตรฐาน
ตัวอย่างคำนวณ: ความเร็วจริงของเครื่อง hotend มาตรฐาน
สมมติเครื่องเรามี hotend มาตรฐานที่ทดสอบแล้วทำได้ 12 mm³/s ตั้งความเร็วผนัง 200 mm/s ชั้น 0.2 mm เส้น 0.45 mm
- flow ที่ขอ = 0.2 × 0.45 × 200 = 18 mm³/s เกินเพดาน 12
- slicer จึงลดความเร็วให้เหลือ = 12 ÷ (0.2 × 0.45) = 12 ÷ 0.09 = 133 mm/s
- ถ้าเปลี่ยนชั้นเป็น 0.28 mm เพื่อให้พิมพ์ไว ความเร็วสูงสุดกลับลดเหลือ 12 ÷ (0.28 × 0.45) = 95 mm/s แต่ได้งานต่อวินาทีเท่ากัน เพราะปล่อยพลาสติกเท่ากัน
| ความสูงชั้น | เพดาน 12 mm³/s | เพดาน 20 mm³/s |
|---|---|---|
| 0.12 mm | 222 mm/s | 370 mm/s |
| 0.20 mm | 133 mm/s | 222 mm/s |
| 0.28 mm | 95 mm/s | 159 mm/s |
บทเรียนจากตาราง: เวลาพิมพ์ถูกกำหนดด้วย mm³/s ไม่ใช่ mm/s จะชั้นบางวิ่งเร็ว หรือชั้นหนาวิ่งช้า ถ้าปล่อยพลาสติกได้เท่ากันเวลาก็ใกล้กัน อยากพิมพ์ไวจริงต้องเพิ่มเพดาน (hotend/หัวฉีดใหญ่/อุณหภูมิสูงขึ้น) ไม่ใช่พิมพ์เลขความเร็วสูง ๆ
Prusa เขียนไว้ชัด: max volumetric speed ไม่เคยทำให้เร็วขึ้น มีแต่ลดให้ ตั้งเป็น 0 คือปิดเพดาน แล้วเครื่องจะฉีดไม่ทันแทน
ดูได้เองหลัง slice เปิด preview เลือกโหมด Volumetric flow rate (PrusaSlicer) หรือ Flow (OrcaSlicer, Bambu Studio) ถ้าทั้งชิ้นเป็นสีเดียวที่ค่าเพดาน แปลว่าเพดานกำลังจำกัดทุกเส้น
เมื่อ flow เกินเพดาน เกิดอะไร
พลาสติกถูกดันผ่านหัวฉีดเร็วกว่าที่ heater จะหลอมได้ อาการตามลำดับ
- ผิวด้านลง จากเงาเป็นด้าน เอกสาร OrcaSlicer ระบุว่าเป็นสัญญาณแรกของการหลอมไม่ทัน
- under-extrusion เส้นบาง มีช่องว่าง ผิวบนเป็นรู infill ขาด
- extruder คลิก เฟืองดันเส้นไม่ไหว ลื่นถอยกลับ ได้ยินเป็นเสียงกึก
- ชั้นไม่ยึดกัน พลาสติกออกมาเย็นกว่าที่ตั้ง ชิ้นงานหักตามชั้นง่าย (รายละเอียดในบทชิ้นงานแข็งแรง)
- หัวตัน ดันแรงจนเส้นถูกกัดเป็นผง หรือเส้นร้อนย้อนขึ้นไปบวมใน heatbreak
ที่หลอกคือเครื่องเร็วบางรุ่นมอเตอร์วิ่งทัน แต่ hotend ไม่ทัน งานออกมาดูเหมือนปัญหาฟิลาเมนต์ ทั้งที่จริงคือ flow
หาค่าเพดานของเครื่องตัวเอง
OrcaSlicer มี flow test ในเมนู Calibration (รายละเอียดการตั้งค่าเส้นใหม่ทั้งชุดอยู่ในบทที่ 7)
- ตั้ง start 5 mm³/s, end 20 mm³/s, step 0.5 (ค่าตั้งต้น) โปรแกรมพิมพ์แท่งที่ flow เพิ่มตามความสูง
- ดูว่าผิวเริ่มเสียที่ความสูงเท่าไร วัดด้วยเวอร์เนีย เช่น 19 mm
- คำนวณ = 5 + (19 × 0.5) = 14.5 mm³/s
- เอกสารแนะให้ลดลง 10-20% ก่อนบันทึก เพราะทดสอบในสภาพดีที่สุด ไม่มี retraction หรือมุมหักศอก ได้ราว 12-13 mm³/s บันทึกใน filament settings ช่อง max volumetric speed
ค่านี้ขึ้นกับยี่ห้อและสีของเส้นด้วย เส้นดำกับเส้นขาวยี่ห้อเดียวกันอาจต่างกัน ถ้าอยากดันเพดานขึ้น ให้ขึ้นอุณหภูมิไปทางปลายบนของช่วงที่ผู้ผลิตแนะนำแล้วทดสอบใหม่
Acceleration: ชิ้นเล็กไม่เคยถึงความเร็วที่ตั้ง
หัวพิมพ์ต้องเร่งจากหยุดนิ่งทุกครั้งที่เปลี่ยนทิศ ระยะที่ใช้เร่งถึงความเร็ว v ด้วย acceleration a คือ v² ÷ 2a
- ตั้ง 200 mm/s, acceleration 2,000 mm/s² → ใช้ระยะ 200² ÷ 4,000 = 10 mm กว่าจะถึง 200 mm/s แล้วต้องอีก 10 mm เพื่อเบรก ผนังด้านยาว 20 mm จึงแตะ 200 mm/s แค่จุดเดียวแล้วเบรกเลย
- เพิ่ม acceleration เป็น 5,000 mm/s² → ระยะเร่งเหลือ 4 mm ผนังเดิมวิ่งที่ 200 mm/s ได้ 12 mm จาก 20
นี่คือเหตุผลที่ชิ้นเล็กและชิ้นที่มีรายละเอียดเยอะ พิมพ์ไม่เร็วขึ้นแม้ตั้งความเร็วสูง และเป็นเหตุผลที่เครื่องเร็วเน้น acceleration สูงมากกว่าตัวเลข mm/s
ราคาที่ต้องจ่ายคือการสั่น เร่งและเบรกแรง โครงเครื่องกับหัวพิมพ์ยังแกว่งต่ออีกเสี้ยววินาทีหลังเลี้ยวมุม ปรากฏเป็น ringing/ghosting คือรอยคลื่นถี่ ๆ บนผนังถัดจากมุมหรือตัวอักษรนูน
Input shaping และ pressure advance
Input shaper คือตัวกรองใน firmware ที่วิเคราะห์การเคลื่อนที่แล้วส่งสัญญาณหักล้างความถี่สั่นของเครื่อง (Klipper, Prusa firmware 5.x ขึ้นไป, Bambu, Creality รุ่นใหม่ มีในตัว) ผลคือเร่งแรงได้โดยรอยคลื่นหายไปเกือบหมด Prusa ย้ำสองเงื่อนไข
- ก่อนเปิดใช้ สายพาน X/Y ต้องตึง หัวฉีดต้องสภาพดี ราง/แกนไม่มีเศษ ไม่งั้นค่าที่วัดได้ผิด
- ต้องใช้โปรไฟล์ slicer ที่ทำมาสำหรับ input shaper คู่กัน และถ้าเปลี่ยนน้ำหนักหัวพิมพ์ (เปลี่ยน hotend, ติดกล้อง) ต้องวัดใหม่ เครื่องที่มี accelerometer ในตัววัดเองได้ รุ่นอื่นต้องต่อ accelerometer ภายนอก
Pressure advance (Linear advance ใน Marlin) แก้อีกปัญหา เมื่อหัวพิมพ์เบรกที่มุม แรงดันในหัวฉีดยังค้าง พลาสติกเลยไหลออกมาเป็นก้อนที่มุม และตอนเร่งออกจากมุมเส้นกลับบาง pressure advance ปรับปริมาณฉีดล่วงหน้าตามความเร็ว ยิ่งพิมพ์เร็วยิ่งต้องปรับค่านี้ มีการทดสอบใน OrcaSlicer เช่นกัน
เร็วแล้วเสียอะไรบ้าง นอกจาก flow
| อยู่ภายในเพดาน flow แล้ว แต่ยังเร็วมาก | อาการ | แก้ |
|---|---|---|
| overhang และ bridge | พัดลมเย็นไม่ทัน ขอบห้อย | slicer ลดความเร็วส่วนนี้ให้อยู่แล้ว อย่าไปปิด (บทที่ 12) |
| ชั้นแรก | เส้นไม่กดติดเตียง หลุด | ชั้นแรก 20-30 mm/s ช้าเสมอ |
| ผนังนอก | รอยคลื่น ตะเข็บเห็นชัด | ผนังนอกช้ากว่าผนังในราวครึ่งหนึ่ง เป็นค่าตั้งต้นของทุก slicer |
| ชิ้นเล็ก/เสาเล็ก | พลาสติกไม่ทันเย็น ปลายนิ่ม ยุบ | เปิด minimum layer time หรือ slow down for small features |
| ชิ้นสูงบาง | สั่นตามการเคลื่อนที่ ชั้นเลื่อน | ลด acceleration หรือพิมพ์หลายชิ้นพร้อมกันให้ชั้นมีเวลาเย็น |
ถ้าถามว่าตั้งอะไรเป็นค่าเริ่ม ก็คือใช้โปรไฟล์ของผู้ผลิตเครื่องเป็นฐาน แล้วเปลี่ยนแค่ max volumetric speed ให้ตรงกับเส้นที่ทดสอบ โปรไฟล์พวกนั้นแบ่งความเร็วตามประเภทเส้นไว้ดีอยู่แล้ว
ความปลอดภัยเมื่อพิมพ์เร็ว
- เพิ่มเพดาน flow มักหมายถึงขึ้นอุณหภูมิ ไอระเหยมากขึ้น โดยเฉพาะ ABS/ASA ต้องมีระบายอากาศ
- acceleration สูงเขย่าสกรูและสายพานให้คลายเร็วกว่าเดิม เช็กความตึงเป็นประจำ ชั้นเลื่อนตอนพิมพ์ยาวมักมาจากตรงนี้
- เครื่องเร็วในตู้ปิดร้อนขึ้นเร็ว มอเตอร์กับบอร์ดร้อนตาม อย่าปิดช่องระบายของเครื่อง
- อย่าทิ้งเครื่องตอนพิมพ์ชั้นแรก ๆ ความเร็วสูงทำให้งานหลุดแล้วพันหัวฉีดได้ในไม่กี่นาที
ข้อผิดพลาดที่เจอบ่อย
- ตั้งความเร็วตามสเปกโฆษณาของเครื่อง ตัวเลขนั้นคือความเร็วเคลื่อนที่สูงสุด ไม่ใช่ความเร็วฉีดที่ hotend รองรับ
- ตั้ง max volumetric speed เป็น 0 เพื่อ “ปลดล็อก” ผลคือ under-extrusion ทั้งชิ้นแทนที่ slicer จะช่วยเบรกให้
- ใช้โปรไฟล์ generic PLA กับเส้นทุกยี่ห้อ เพดานของแต่ละเส้นต่างกัน ทดสอบทีละม้วน
- เพิ่มชั้นเป็น 0.28 แล้วคงความเร็วเดิม flow เกินเพดานทันที ดูเสียงเครื่องคลิกเป็นสัญญาณ
- ขึ้น acceleration แล้วไม่ได้ปรับ input shaper ใหม่ รอยคลื่นกลับมา ทั้งที่ค่าเดิมเคยดี
- โทษฟิลาเมนต์ว่าชื้น ทั้งที่อาการผิวด้านกับขาดเกิดเฉพาะส่วนที่พิมพ์เร็ว คือ flow ไม่ใช่ความชื้น
แหล่งข้อมูล
คำถามที่พบบ่อย
ตั้งความเร็ว 300 mm/s แล้วทำไมพิมพ์ช้ากว่าที่คิด
เพราะ slicer เอาค่า max volumetric speed ของฟิลาเมนต์มาคำนวณแล้วลดความเร็วให้ไม่เกินเพดาน และ acceleration ทำให้ชิ้นเล็กไม่ทันถึงความเร็วสูงสุด ดูในหน้า preview โหมด flow หรือ speed จะเห็นความเร็วจริงต่อเส้น
ค่า max volumetric speed ควรตั้งเท่าไร
ไม่มีค่าเดียว ขึ้นกับ hotend หัวฉีด วัสดุ และแม้แต่สีของเส้น ทดสอบด้วย flow test ใน OrcaSlicer แล้วลดจากค่าที่เห็นลง 10-20% ก่อนบันทึกในโปรไฟล์ฟิลาเมนต์
พิมพ์เร็วแล้วชิ้นงานอ่อนลงจริงไหม
จริงถ้าเร็วจนเกินเพดานการหลอม พลาสติกออกมาไม่ร้อนพอ ชั้นยึดกันแย่ลง ถ้ายังอยู่ใต้เพดานและขึ้นอุณหภูมิตาม ความแข็งแรงต่างกันน้อย ส่วนที่เสียก่อนคือผิวและมุม
วงจรและโค้ดในบทความทดสอบกับบอร์ดตัวอย่าง บอร์ดต่างรุ่นอาจใช้ขาต่างกัน ตรวจ pinout ของบอร์ดที่ใช้ก่อนต่อไฟเสมอ