FFF-3D-Druck revolutionieren mit löslichen Stützfilamenten

Eine Hauptbegrenzung von FFF-3D-Druck vs. anderen additiven Verfahren: jeder gedruckte Layerbereich muss von einem vorherigen Layer gestützt werden. Überhänge > 45° oder Brücken > 10 mm erfordern Stützstrukturen.

Bei Single-Extruder-FFF: Stützen nur aus Bauteilmaterial. Nach Druck mechanische Entfernung – Strategien: niedrigdichte Stützen, Trennlayer. Manuelle Entfernung ohne Werkzeug möglich, aber Kontaktoberflächen oft schlecht.

Bei Dual-Extruder-FFF: unterschiedliche Materialien für Bauteil und Stützen möglich. Tür öffnet sich für in Lösungsmitteln lösliche Stützmaterialien, die Bauteilmaterial nicht angreifen. Ermöglicht dichte Stützen in direktem Bauteilkontakt → exzellente Kontaktflächenqualität.

Viele lösliche Stützfilamente, aber nicht alle gleich, nicht alle kompatibel. Auswahlkriterien für Kompatibilität:

• Löslich in Lösungsmittel, das Bauteilmaterial nicht schädigt oder Eigenschaften beeinträchtigt.
• Thermisch kompatibel mit Bauteilfilament – ähnliche Druck- und Betttemperaturen, ähnliche Erweichungstemperaturen.
• Gute Haftung zum Bauteilmaterial.
• Leicht druckbar, gute Schichthaftung.

Drei Haupttypen löslicher Stützmaterialien:

• In organischen Lösungsmitteln lösliche Filamente
• Wasserlösliche Filamente mit Aktivator
• Direkt wasserlösliche Filamente

IN ORGANISCHEN LÖSUNGSMITTEL LÖSLICHE FILAMENTE

Materialien mit ähnlichen Eigenschaften wie Bauteilmaterial, aber löslich in einem das Bauteilmaterial nicht angreifenden Lösungsmittel.

Wenig Optionen – zwei Probleme: physikochemisch ähnliche Materialien verhalten sich zu den meisten Lösungsmitteln ähnlich → passendes Lösungsmittel schwer zu finden. Viele organische Lösungsmittel hochtoxisch, schwer zugänglich, Sondermüllentsorgung nötig.

Häufigster Vertreter: HIPS – Eigenschaften kompatibel mit den meisten ABS/ASA-Materialien. Ähnliche Thermik, gute Haftung zu ABS/ASA. Eines der meistgenutzten Stützmaterialien – wegen ABS-Kompatibilität, niedrigem Preis und Löslichkeit in D-Limonen (zugänglich, günstig, niedrig toxisch).

WASSERLÖSLICH DURCH AKTIVATOR

ATP-basierte Polymere (Acrylat-Terpolymere). Charakteristik: löslich in alkalischen Lösungen. Exzellente Kompatibilität mit ABS/ASA, auch mit Polycarbonat (etwas geringer).

Nicht direkt wasserlöslich – benötigen alkalischen pH-Wert → Pufferaktivator nötig (z. B. 3DWash).

Perfekte HIPS-Alternative: keine organischen Lösungsmittel, speziell als Stützmaterial entwickelt/additiviert → lösen schneller, weniger Rückstände.

Vertreter: PolyDissolve S2, Z-SUPPORT ATP.

DIREKT WASSERLÖSLICHE FILAMENTE

Hauptziel der Hersteller: direkt wasserlösliche Stützfilamente – keine organischen Lösungsmittel, keine alkalischen Lösungen → sicherste, zugänglichste Option für die meisten Nutzer.

Deshalb größte Vielfalt, Optionen für breites Filamentspektrum.

Zwei Untergruppen:

Wasserlösliche Filamente für Niedertemperaturmaterialien: Basierend auf PVA (Polyvinylalkohol) oder BVOH (Butendiolvinylalkohol). Exzellente PLA-Kompatibilität, nutzbar mit PA (weniger gut). BVOH = PVA-Weiterentwicklung: bessere PETG-Kompatibilität, teils flexible Filamente, höhere Löserate in kaltem Wasser. Beispiele: LAY-PVA, PVA Raise (PVA); Mowiflex, Z-SUPPORT Premium (BVOH).

Wasserlösliche Filamente für Hochtemperaturmaterialien – aktuell fortschrittlichste Stützfilamente. Zusammensetzung: Mischung aus wasserlöslichem Polymer (wie oben) + Zucker (meist Trehalose) – Polysaccharid, schnell wasserlöslich, hohe Thermostabilität. Polymer/Zucker-Verhältnis + herstellerspezifische Additive → verschiedene Formulierungen für breites Temperaturspektrum (ABS bis PEEK/ULTEM).

Beispiele: Aquasys 120, Aquatek X1 – kompatibel mit PLA, ABS, ASA, PA, PETG, teils flexible Filamente. Aquasys 120 auch mit PC, PP. Beide halten Kammer bis 120 °C – für Industriedrucker geeignet.

Noch einen Schritt weiter: Aquasys 180 – wahrscheinlich fortschrittlichstes, kompatibelstes Stützmaterial heute. Wie Aquasys 120 + nutzbar mit PEKK, PEEK, ULTEM, PPSU (Kammer bis 180 °C).

Hauptvorteil (hohe Wasserlöslichkeit) = Hauptnachteil: extrem hygroskopisch. Spezialbehälter für Lagerung und Druck zwingend. Feuchtigkeitsaufnahme → schlechtere Haftung, höheres Verstopfungsrisiko.

DEN PASSENDEN LÖSLICHEN FILAMENT WÄHLEN

Analyse des zu unterstützenden Materials nötig:

• ABS/ASA: HIPS vermeiden (organische Lösungsmittel, Sondermüll). Wasserlösliche ATP-Filamente mit Aktivator empfohlen – exzellente Kompatibilität, niedrige Hygroskopizität → einfachere Lagerung/Nutzung, minimiertes Druckausfallrisiko.
• PLA: Beste Kompatibilität: PVA- und BVOH-basiert. BVOH weniger hygroskopisch, PVA meist etwas günstiger.
• PETG/PA: PVA/BVOH möglich, aber Kompatibilität nicht optimal. Bester: wasserlösliche Hochtemperaturfilamente (z. B. Aquasys 120).
• Flexible: Stütz-/Flex-Material-Kompatibilität nie gut. BVOH oder Aquasys 120 mit manchen Flex-Filamenten möglich, aber jeweils testen.
• PEEK/PEKK/PEI/PPSU: Aquasys 180 – beste Garantie für Kompatibilität und Thermostabilität bei Höchsttemperaturen.
• Verschiedene Bauteilmaterialien regelmäßig: Ein einzelnes, universell kompatibles Material (z. B. Aquasys 120 oder Aquatek X1) statt separater Filamente pro Material.

Obwohl lösliche Filamente oft als eine Gruppe bezeichnet werden: es sind unterschiedliche Materialien mit sehr spezifischen Eigenschaften. Heute gibt es hochwertige lösliche Filamente für fast jedes Material am Markt – von PLA bis PEEK.