PVA-Filament im 3D-Druck:Eigenschaften, Verwendungszwecke und Hauptvorteile

Im 3D-Druckbereich ist PVA-3D-Filament (Polyvinylalkohol) eine Materialfamilie von entscheidender Bedeutung. Seine Wasserlöslichkeit ist sehr wertvoll, da es das Drucken von Stützgerüsten auf Dual-/Multi-Extrudermaschinen und das spätere einfache Entfernen ermöglicht. PVA bietet mehrere nützliche Eigenschaften, die es als Trägermaterial nahezu perfekt machen. Dazu gehören:hohe Wasserlöslichkeit, hohe Klebrigkeit im geschmolzenen Zustand und ein Drucktemperaturbereich von 180–210 °C. 

PVA wurde erstmals von Fritz Klatte hergestellt und 1912 in Deutschland patentiert. Die erste Kommerzialisierung erfolgte Ende der 1930er Jahre in Japan, wo die Firma Kuraray kostengünstige Vinylon- und Kuralon-Fasern herstellte. Diese waren in verschiedenen Unlöslichkeitsgraden erhältlich und eigneten sich jeweils für eine andere Anwendung. Einige der PVA-Fasern wurden hergestellt, um Beton zu modifizieren, Gummi zu verstärken oder Glasfasern eine bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Schrumpfung zu verleihen. 

Die Grundform von PVA ist Pulver. Das 3D-Druckfilament entsteht durch Schmelzen und Extrudieren dieses Grundmaterials. Dieses Filament weist sehr gleichmäßige Eigenschaften auf und wird in einer Verpackung verkauft, die verhindert, dass es der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt wird. Eine solche Einwirkung würde das Material zersetzen und dazu führen, dass die Filamentrollen zu einer erweichten Masse erstarren. In diesem Artikel wird das PVA-3D-Druckfilament näher erläutert und seine Zusammensetzung, Eigenschaften und empfohlenen 3D-Druckereinstellungen untersucht.

Was ist PVA-3D-Druck?

Im Bereich des 3D-Drucks wird PVA ausschließlich zum Bau von Stützgerüsten verwendet. Es dient zur Unterstützung von Strukturen, die sonst nicht oder nur schwer zu drucken wären. Sobald der Druck beendet ist, können die Träger abgewaschen werden. PVA-Stützen werden von einem zweiten Extruder extrudiert, sind ansonsten aber genauso aufgebaut wie das Primärmaterial des Teils. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden mit allem, was Sie über den 3D-Druck wissen müssen.

Wie ist die Zusammensetzung von PVA-Filament?

Das typische bei Amazon erhältliche PVA-3D-Druckfilament ist entweder reines PVA (Polyvinylalkohol) aus einer einzigen Quelle oder eine Mischung aus mehreren PVA-Materialien. Diese PVA-Materialien sollen das richtige Gleichgewicht zwischen Haftung, Festigkeit, Wasserlöslichkeit und Schmelzflusseigenschaften erreichen. PVA ist ein synthetisches Polymer, das aus der Hydrolyse von Polyvinylacetat mit der Nominalformel [CH2CH(OH)]n gewonnen wird.  

Filament für den 3D-Druck wird in verschiedenen Durchmessern geliefert, es handelt sich jedoch um chemisch reines PVA ohne Zusatzstoffe und Copolymere außer Farbstoffen. Eine gewisse Schwankung des Molekulargewichts ist zwischen den Herstellern normal – sie hängt vom n-Wert in der chemischen Formel ab. Diese Schwankung des Molekulargewichts wirkt sich auf die Temperatur und Dichte der Schmelze aus, sodass das PVA-Filament von Esun möglicherweise nicht genau ist die gleichen Eigenschaften wie zum Beispiel Flashforge PVA-Filament.

Was sind die Eigenschaften von PVA-Filament?

Einige der wünschenswerten Eigenschaften von PVA-Filament sind:

1. Weißes Aussehen (sofern nicht durch Zusatz gefärbt).
2. Durchscheinend.
3. Beständig gegen organische Lösungsmittel und Öle.
4. Sehr wasserlöslich, abhängig vom Hydrolysegrad bei seiner Herstellung und seinem Molekulargewicht.
5. Hohe Zugfestigkeit im Vergleich zu vielen im 3D-Druck verwendeten Polymeren.
6. Flexibler und verschleißfester als viele andere Polymere.

Vergleich der PVA-Filamenteigenschaften

Ein Vergleich der PVA-Filamenteigenschaften mit HIPS (hochschlagfestes Polystyrol) und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt: