Lösliche Filamente zur Unterstützung

Eine der Hauptbeschränkungen des FFF-3D-Drucks Im Vergleich zu anderen additiven Fertigungstechnologien ist die Notwendigkeit, dass der bedruckte Bereich jeder Schicht von einer vorherigen gedruckten Schicht gestützt wird. Dies bedeutet, dass jeder Teil des Teils mit einem Überhang von mehr als 45º oder jede Brücke, die länger als 10 mm ist, Stützstrukturen erfordert.

Auf Single-Extruder-FFF-3D-Druckern besteht die einzige Möglichkeit zur Generierung von Stützstrukturen darin, dasselbe Druckmaterial wie das Teil zu verwenden. Diese Träger müssen nach Abschluss des Druckens mechanisch entfernt werden, und es werden verschiedene Strategien angewendet, um dies zu erleichtern, wie z. B. das Herstellen dieser Träger mit Strukturen geringer Dichte und das Belassen einer Trennschicht zwischen dem Träger und dem Teil. Dadurch können die Stützen manuell ohne Werkzeug entfernt werden, obwohl die Oberflächenbeschaffenheit der Oberflächen, die mit den Stützen in Kontakt kommen, oft schlecht verarbeitet ist.

Bild 1:Stützen auf 3D-gedruckten Teilen. Quelle:3DHubs

Bei FFF-3D-Druckern mit Dual-Extrudern erweitert sich die Auswahl an Optionen, da es nicht notwendig ist, das gleiche Material für das Teil und für die Stützen zu verwenden. Dies öffnet die Tür zur Verwendung von Materialien, die in Lösungsmitteln löslich sind, die das Material des Teils nicht auflösen . Dadurch ist es möglich, dichte Auflagen im Kontakt mit dem Werkstück zu verwenden, die ein hervorragendes Finish auf der Kontaktfläche garantieren

Bild 2:Raise3D Pro2 Dual-Extruder. Quelle:Raise3D

Es gibt viele verschiedene lösliche Stützfilamente, aber sie sind nicht alle gleich und haben nicht alle die gleiche Kompatibilität. Bei der Auswahl eines löslichen Trägermaterials ist es wichtig, eine Reihe von Eigenschaften zu berücksichtigen, um die Kompatibilität mit dem verwendeten Bedruckstoff zu gewährleisten. Diese Merkmale sind:

• Es muss in einem Lösungsmittel löslich sein, das die Eigenschaften des in dem Teil verwendeten Materials nicht beschädigt oder beeinträchtigt.

• Es muss mit dem Filament des Teils thermisch kompatibel sein es muss also ähnliche Druck- und Basistemperaturen sowie ähnliche Erweichungstemperaturen haben.
• Es muss eine gute Haftung mit dem verwendeten Material haben im Teil.
• Es muss leicht bedruckbar sein und eine gute Haftung aufweisen zwischen den Schichten.

Es gibt derzeit drei Haupttypen von löslichen Trägermaterialien:

• In organischen Lösungsmitteln lösliche Filamente
• Wasserlösliche Filamente mit einem Aktivator
• Wasserlösliche Filamente

LÖSLICHE FILAMENTE IN ORGANISCHEN LÖSUNGSMITTELN.

Dies sind Materialien mit ähnlichen Eigenschaften wie das im Teil verwendete Material, die jedoch in einem Lösungsmittel gelöst werden können, das das Material, das sie ergänzen, nicht angreift oder auflöst.

Für diesen Filamenttyp gibt es derzeit nicht viele Möglichkeiten, hauptsächlich aufgrund zweier Probleme:Zum einen verhalten sich Materialien mit ähnlichen physikochemischen Eigenschaften, die sie miteinander kompatibel machen, im Allgemeinen auch ähnlich mit den meisten Lösungsmitteln, was es schwierig macht, ein geeignetes Lösungsmittel zu finden. Andererseits sind viele dieser organischen Lösungsmittel sind hochgiftig oder für die meisten Benutzer nicht zugänglich und erfordern eine spezielle Abfallbehandlung.

Bild 3:D-Limoneno. Quelle:Filament2print

Das am häufigsten verwendete Filament dieses Typs ist HIPS, dessen Eigenschaften es mit den meisten Materialien auf ABS- und ASA-Basis kompatibel machen. Neben ähnlichen thermischen Eigenschaften hat es eine gute Haftung auf ABS und ASA. Es ist derzeit eines der am häufigsten verwendeten Trägermaterialien nicht nur wegen seiner Kompatibilität mit ABS, sondern auch wegen seiner niedrigen Kosten und weil es in D-Limonen löslich ist, einem zugänglichen, kostengünstigen und wenig toxischen organischen Lösungsmittel.

WASSERLÖSLICHE FILAMENTE DURCH DEN EINSATZ EINES AKTIVATORS.

Dies sindATP-basierte Polymere (Acrylat-Terpolymere). Diese Materialien haben die Eigenschaft, in alkalischen Lösungen löslich zu sein. Sie haben eine ausgezeichnete Kompatibilität mit Materialien auf ABS- und ASA-Basis und können auch mit Polycarbonat verwendet werden (obwohl ihre Kompatibilität etwas geringer ist).

Sie sind nicht direkt wasserlöslich, da sie einen alkalischen pH-Wert des Wassers erfordern, also die Verwendung eines Pufferaktivators wie 3DWash, erforderlich.

Bild 4:3DWash. Quelle:Traxer

Sie sind eine perfekte Alternative zu HIPS , nicht nur, weil sie keine Verwendung organischer Lösungsmittel erfordern, sondern auch, weil es sich um speziell für die Verwendung als Trägermaterial entwickelte und additivierte Filamente handelt, die sich in der Regel schneller auflösen und weniger Rückstände auf dem Teil hinterlassen.

Video 1:Videopräsentation von PolyDissolve S2. Quelle:Polymaker

Einige repräsentative Filamente sind PolyDissolve S2 und Z-SUPPORT ATP.

WASSERLÖSLICHE FILAMENTE

Eines der Hauptziele der Hersteller war es, Stützfilamente zu erhalten, die direkt in Wasser löslich sind. Dies liegt daran, dass es keine organischen Lösungsmittel oder alkalischen Lösungen benötigt, was es für die meisten Benutzer zur sichersten und am leichtesten zugänglichen Alternative macht.

Aus diesem Grund ist es die Kategorie mit der größten Vielfalt an unterschiedlichen Materialien und mit Optionen, die mit einer Vielzahl von Filamenten kompatibel sind.

Innerhalb der wasserlöslichen Filamente können zwei Typen unterschieden werden:

Wasserlösliche Filamente, die mit Niedertemperaturmaterialien kompatibel sind: Dies sind Filamente auf Basis von PVA (Polyvinylalkohol) oder BVOH (Butendiol-Vinylalkohol) . Beide Materialien haben eine ausgezeichnete Kompatibilität mit PLA und können mit PA verwendet werden (obwohl ihre Kompatibilität nicht so gut ist). BVOH kann als Weiterentwicklung von PVA angesehen werden und hat gegenüber PVA eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. eine bessere Kompatibilität mit PETG oder sogar mit einigen flexiblen Filamenten und eine höhere Auflösungsrate in kaltem Wasser. Einige PVA-Filamente sind LAY-PVA oder PVA Raise, während Mowiflex oder Z-SUPPORT Premium basieren auf BVOH.

Video 2:Vergleich zwischen PVA und BVOH. Quelle:BCN3D

Wasserlösliche Filamente, die mit Hochtemperaturmaterialien kompatibel sind:Dies sind die fortschrittlichsten derzeit erhältlichen Stützfilamente. Sie bestehen aus einem Material, das aus einer Mischung eines wasserlöslichen Polymers besteht (ähnlich den vorherigen) und einem Zucker, im Allgemeinen Trehalose, ein in Wasser schnell lösliches Polysaccharid mit hoher thermischer Stabilität. Das Verhältnis zwischen Polymer und Zucker, zusammen mit der Verwendung bestimmter Additive, die für jeden Hersteller spezifisch sind, ermöglicht es, verschiedene Formulierungen von wasserlöslichen Materialien zu erhalten, die mit Materialien in einem breiten Temperaturbereich kompatibel sind, von ABS bis PEEK oder ULTEM.

Bild 5:PA-CF Teil mit Stützen aus Aquatek X1. Quelle:3DXTech

Einige Filamente wie Aquasys 120 oder Aquatek X1 sind kompatibel mit PLA sowie ABS, ASA, PA, PETG oder bestimmten flexiblen Filamenten . Aquasys 120 kann auch mit PC oder PP verwendet werden Zudem halten beide Materialien Kammertemperaturen von bis zu 120°C stand und sind somit auch für den Einsatz in Industriedruckern geeignet.

Eine Stufe höher ist Aquasys 180, wahrscheinlich das fortschrittlichste und kompatibelste Trägermaterial, das heute erhältlich ist. Es ist nicht nur kompatibel mit den gleichen Materialien wie Aquasys 120, sondern kann mit PEKK, PEEK, ULTEM und PPSU verwendet werden da es Kammertemperaturen von bis zu 180°C standhält.

Bild 6:Teil mit Stützen hergestellt in Aqusys 180. Quelle:Infinite Material Solutions

Der Hauptvorteil dieser Art von Filamenten (ihre hohe Wasserlöslichkeit) ist jedoch auch ihr Hauptnachteil da sie sehr empfindlich gegenüber Umgebungsfeuchtigkeit sind . Dies macht es erforderlich, diese Filamente sowohl während der Lagerung als auch während des Gebrauchs in speziellen Behältern aufzubewahren . Da diese Filamente außerdem Feuchtigkeit aufnehmen, verschlechtert sich ihre Haftung und das Verstopfungsrisiko steigt.

WIE MAN DAS GEEIGNETSTE LÖSLICHE FILAMENT AUSWÄHLT.

Bei der Auswahl des am besten geeigneten löslichen Filaments ist es notwendig, das zu ergänzende Material zu analysieren.

• ABS/ASA :Im Allgemeinen ist es ratsam, die Verwendung von HIPS zu vermeiden, da es den Umgang mit organischen Lösungsmitteln beinhaltet und Abfälle erzeugt, die nicht direkt entsorgt werden können. In diesem Fall sind wasserlösliche ATP-Filamente unter Verwendung eines Aktivators die am meisten empfohlene Option. Sie haben eine ausgezeichnete Kompatibilität mit diesen Materialien und sind wenig feuchtigkeitsempfindlich, wodurch sie einfacher zu lagern und zu verwenden sind und das Risiko von Druckfehlern minimiert wird.

• PLA :Die Materialien mit der besten Verträglichkeit mit PLA sind solche auf Basis von PVA und BVOH. Unter diesen sind Materialien auf BVOH-Basis weniger empfindlich gegenüber Feuchtigkeit, obwohl Materialien auf PVA-Basis im Allgemeinen etwas billiger sind.

• PETG/PA: Es ist zwar möglich, PVA und BVOH als Trägermaterial mit PETG und PA zu verwenden, ihre Verträglichkeit ist jedoch nicht besonders gut. In diesem Fall sind wasserlösliche Filamente, die mit Hochtemperaturmaterialien wie Aquasys 120 kompatibel sind, die beste Option.

• Flexibles :Die Kompatibilität zwischen Stützmaterial und flexiblen Materialien war noch nie besonders gut. Es ist möglich, BVOH oder Materialien wie Aquasys 120 mit einigen flexiblen Filamenten zu verwenden, es muss jedoch jedes flexible Filament getestet werden, um die Kompatibilität zu überprüfen.

• PEEK/PEKKK/PEI/PPSU: In diesem Fall ist die Verwendung von Aquasys 180 die beste Option, da es das Material ist, das die beste Kompatibilität mit dieser Art von Material garantiert und die beste thermische Stabilität bei hohen Temperaturen aufweist.

• Wenn Sie normalerweise lösliche Trägermaterialien mit unterschiedlichen Materialien verwenden, ist es ideal, ein einziges Material zu verwenden, das kompatibel ist mit allen Materialien, wie Aquasys 120 oder Aquatek X1, anstatt für jedes Material ein anderes zu haben.

Obwohl lösliche Filamente oft als eine einzige Gruppe bezeichnet werden, bestehen sie eigentlich aus unterschiedlichen Materialien mit ihren ganz spezifischen Eigenschaften. Heutzutage ist es möglich, hochwertige lösliche Filamente zu finden, die mit fast allen Materialien auf dem Markt kompatibel sind, von PLA bis PEEK.