Усадка PLA, PETG и ABS: почему детали не сходятся

Напечатал две половинки, а шип не лезет в гнездо — или, наоборот, болтается. Часто виноват не слайсер и не калибровка, а усадка: остывая, пластик сжимается, и реальная деталь выходит меньше, чем в STL. У PLA это доли процента, у ABS и нейлона — уже миллиметры на крупной детали. Разберём коэффициенты усадки по материалам и покажем, как заложить усадку в зазор замка, чтобы детали сошлись после остывания.

Почему остывающая деталь становится меньше номинала

FDM-печать выдавливает расплавленный пластик при 200-260 °C и укладывает слой за слоем. Как только материал застывает и остывает до комнатной температуры, он сжимается — тепловое сжатие есть у любого термопласта. Эта разница между горячим и остывшим размером и называется усадкой.

Усадку меряют как линейную долю: сколько процентов размера деталь теряет по каждой оси. 0.3% — это 0.3 мм на каждые 100 мм длины. Звучит немного, но на крупной детали или на точной посадке замка эти доли процента решают, сойдётся деталь или нет.

Величина усадки зависит от материала. Аморфные пластики (PLA, ABS, PC) усаживаются умереннее; полукристаллические (нейлон) — сильнее, потому что при остывании ещё и упорядочивают структуру. Плюс на усадку влияет температура печати и стола: чем горячее лили, тем больше сожмётся при остывании.

Коэффициенты усадки по материалам

Ниже — коэффициенты линейной усадки для расчёта посадки. Это не абстрактная справка, а рабочие числа для формулы зазора замка.

Почему усадка ломает именно посадку замка

Ключевой момент: усаживается не только шип-папа, но и гнездо-мама. Отверстие при остывании стягивается внутрь, поэтому реальный диаметр гнезда выходит меньше номинала из STL. Одновременно шип тоже становится меньше — но геометрия посадки в итоге уходит в тесную сторону, а не в свободную.

Именно поэтому «в модели всё сходилось, а на печати не лезет» — типичная жалоба. В CAD зазор был выставлен идеально, но обе детали остыли и сжались, а точная посадка не прощает даже 0.05 мм. На разъёмных швах это проявляется как «клинит», на плотных — как трещина при вставке.

Разные типы замков реагируют по-разному: цилиндрический штифт и усечённый шип-пирамида теряют посадку по диаметру, а плоский шов — по длине контакта. Как устроены сами замки, разбирает статья про типы snap-fit защёлок.

Как компенсировать усадку в зазоре

Усадку не стоит оставлять на совесть печатника. Зазор считают по формуле: зазор на сторону = база посадки + усадка·длина посадки, а затем ограничивает результат допустимыми капами.

База посадки задаётся жёсткостью соединения: свободно 0.45, плотно (snug) 0.30, туго 0.18 мм на сторону. По умолчанию зазор XY — 0.20 мм, глубина гнезда по Z — 0.30 мм (слои по Z анизотропны и требуют больше). Сверху добавляется усадочная поправка, пропорциональная размеру фичи.

Как это выглядит в цифрах для шипа Ø≈5 мм при плотной посадке (база 0.30): PLA — 0.315, PETG — 0.325, ABS — 0.335 мм на сторону. Разница между материалами — ровно та усадка, которую докладывают в зазор, чтобы папа влез после остывания.

Есть каноничные диапазоны, в которые стоит укладываться: разъёмные и многоразовые швы — 0.2-0.5 мм на сторону, постоянный press-fit и нейлон — 0.1-0.3 мм. Полный разбор — в статье про зазор и clearance под усадку.

Болтается или трескается — это разные болезни

Частая путаница: «деталь треснула — значит зазор был большой». Нет. Это два противоположных диагноза, и лечатся они по-разному.

Болтается (люфт) — зазор велик: свободную посадку выбрали там, где нужна была плотная, или переусердствовали с усадочной добавкой. Соединение держится слабо, деталь качается.

Трескается при вставке — посадка слишком тугая или зацеп-барб великоват: деформация при защёлкивании превышает предел материала. PLA (предел деформации ~4%) хрупче и лопается легче, PETG (7%) гнётся дальше без слома. Держите прогиб защёлки не более 50% от предела материала — двойной запас против поломки.

И третья ловушка: слишком маленький зазор (менее ~0.2 мм на разъёмном шве) FDM-разброс и усадка попросту съедают, стенки склеиваются — деталь клинит и не разъединить. Поэтому нижний печатный флор зазора — 0.12 мм.

Когда усадка критична: крупные срезы, ABS и нейлон

Усадка бьёт по абсолютному размеру, поэтому чем крупнее фича, тем больше миллиметров теряется. На мелком штифте 0.5% — это микроны, а на крупной плоскости реза шириной 60-100 мм те же 0.5-0.7% превращаются в полмиллиметра и больше. Именно поэтому на больших сёдлах кап снимают и дают добавке расти с пролётом.

Отдельная беда крупных материалов — коробление (warping): ABS, ASA и нейлон при остывании не просто сжимаются, а выгибают деталь, особенно по углам и длинным кромкам. На большой плоскости реза это может увести шов из плоскости, и никакой зазор не спасёт — нужен закрытый корпус (enclosure) и подогрев стола.

Нейлон — чемпион по усадке (1.3%): без компенсации посадка клинит намертво. Под крупные срезы и точные замки надёжнее PLA или PETG — они усаживаются мало и почти не коробятся. Отдельно от усадки живёт elephant-foot (расплющивание первого слоя, ~0.30 мм) — его компенсируют настройкой слайсера, а не запекают в меш; подробнее — в статье про свесы, мосты и elephant-foot.