Vochtigheid: De stille dreiging voor 3D-printfilamenten

Vochtigheid is het water dat een lichaam doordringt of damp die in de atmosfeer aanwezig is. Voor alle levende wezens is water het meest nodige om te overleven, zelfs meer dan voedsel, maar voor niet-levende elementen is vochtigheid meestal een bron van problemen, omdat het oxidatie en degradatie van veel materialen veroorzaakt. In het geval van 3D-printen, meer specifiek in de filamenten, kan een excessieve concentratie van vochtigheid een lange lijst problemen veroorzaken, allen met hetzelfde einde: een mislukte 3D-print.

De effecten van wateraantrekking kunnen leiden tot de volgende problemen: verhoogde broosheid, verhoogde diameter (mogelijke problemen met printers met Bowden-extrusiesysteem), filamentdegradatie, breuk van filament, etc. Het is ook nodig om rekening te houden met het feit dat filamenten die water hebben geabsorbeerd een hogere temperatuur voor de extrusie zullen hebben. Onthoud om te vermijden dat de filamenten in de printer blijven als je niet gaat printen. Ze kunnen in de extruder vastkomen omdat ze door waterabsorptie vetter worden en in diameter toenemen.

De volgende kaart toont de gemiddelde jaarlijkse relatieve vochtigheid (percentageverhouding tussen de werkelijke hoeveelheid waterdamp in de lucht en wat het zou moeten bevatten om te verzadigen bij dezelfde temperatuur), een waarde die verkregen wordt uit de gemiddelde vochtigheid geregistreerd in de twaalf maanden van het jaar. De relatieve vochtigheid is heel verschillend afhankelijk van welk deel van de Europese geografie je bent, meer uitgesproken in het noorden van het continent.

De belangrijkste gevolgen van vocht in een filament zijn:

• Degradatie van het filament: Hygroscopische filamenten zijn geneigd om water in grote mate te absorberen, omdat de watermoleculen zich hechten aan de polymermoleculen, sterke intermoleculaire bindingen vormend. Deze bindingen kunnen interne microbreuken veroorzaken die de filamentstructuur zelf verzwakken.
• Verstoppingen in extruder/hotend: De vochtigheid van water geconcentreerd in het filament verdampt bij verwarmen in de hotend, wat gaten binnenin het filament veroorzaakt, het omzet in een pasta die verstopt de loop (Heat Break) of de uitmonding. Dit probleem is heel veelvoorkomend bij het gebruik van nylonfilamenten met hoge vochtigheidspercentages (> 20%).
• Lage kwaliteit 3D-prints (weerstand en afwerking): De combinatie van het bovenstaande resulteert in 3D-prints met veel problemen, zowel mechanisch als oppervlakkig. De gaten tussen lagen (niet altijd zichtbaar voor het blote oog) veroorzaakt door de verdamping van water, zijn kritische punten, waar scheuren gemakkelijk ontstaan door het toepassen van lage krachtwaarden. Wanneer de concentratie van vochtigheid gemarkeerd is, veroorzaken de bovengenoemde gaten een ruwe en witachtige oppervlakteafwerking.

Als gevolg van de evolutie van de 3D-printwereld, zijn er filamenten met hoge weerstand tegen vochtigheid, zoals PETG of CPE HG100, copolyesters die langdurig aan water kunnen worden blootgesteld zonder problemen. Onder de andere filamenten vinden we sommige met matige weerstand, zoals PLA of ABS, en anderen, vooral nylons en PVA, die zeer gevoelig zijn voor vochtabsorptie, hoge waarden bereikend in minder dan een dag.

Bepaalde gebruikers van 3D-printers gebruiken conventionele methoden om vocht uit het filament te verwijderen en op te slaan, zoals het drogen van het materiaal in een huishoudelijke oven en het bewaren van het filament in dozen met een sluiting die niet volledig dicht is. Deze maatregelen, behalve gevaarlijk in het geval van de huishoudelijke oven, zijn niet volledig effectief, vooral met technische en geavanceerde materialen. Hier citeren we een reeks professionele aanbevelingen om vocht te elimineren en hoe de filamenten op te slaan om absorptie te voorkomen:

Filamentdroger

De meest effectieve manier om de in een materiaal aanwezige vochtigheid te elimineren is het gebruik van een filamentdroger, zoals de PrintDry filamentdroger, een apparaat dat in staat is de intermoleculaire bindingen tussen water en het polymer te breken dankzij zijn droogtemperatuur (35-70 °C) en de natuurlijke luchtstroom erin, die vocht van het oppervlak van het filament naar de omringende lucht sleept. De ideale waarde van vocht in een filament ligt tussen 10-13%.

Opslag

Zowel aan het begin van het gebruik van een nieuwe spoel als na het drogen van een filament, is juiste opslag essentieel om het minimumpercentage vochtigheid te behouden. In conventionele materialen (PLA of ABS) en korte opslagperiodes (<2 maanden) is het gebruik van de zak met een grip-sluiting voldoende. In het geval van langere opslagtijden of met technische en geavanceerde materialen is deze maatregel niet voldoende. De ideale oplossing is om de hermene PrintDry-filamentcontainers met vacuümverzegeling te gebruiken. Dit zijn hoogweerstandsfähige kunststofcontainers, waarin elke gebruiker zijn filament veilig kan bewaren zonder zich zorgen te maken of ze vocht opvangen. Het potentieel van deze containers zit in het deksel, omdat hier een vacuümklep in zit, waardoor en met de hulp van een handpomp (bij de containers inbegrepen), het mogelijk is om de lucht uit het interieur van de container te onttrekken, wat opslag vrij van stof en vocht biedt. Op deze manier kan de juiste staat van het filament gegarandeerd worden, al zijn er verschillende maanden verstreken sinds de spoel uit de oorspronkelijke fabrieksverpakking is gehaald. Bovendien moet rekening gehouden worden met het feit dat de relatieve vochtigheid van het gebied waar het materiaal wordt opgeslagen in grote mate beïnvloedt, dit zo laag mogelijk moet zijn zonder de gezondheid van de gebruiker te schaden (Een goede waarde zou boven 40% zijn).

Levensduur van filament

De levensduur van een kwaliteitsfilament sinds de productie is 2-3 jaar, mits het in de oorspronkelijke verpakking en vacuüm zit. Eenmaal de oorspronkelijke zak geopend, hangt de tijd die het duurt om de mechanische en kleureneigenschappen te verliezen af van het type materiaal en de opslag. Een PLA of ABS opgeslagen op de bovenstaande manier kan zijn eigenschappen meer dan 1 jaar behouden, maar als het niet zo is, zal het maar een tiende van de tijd weerstaan. In meer gevoelige materialen, zoals nylons en PVA, kan de totale verlies van de levensduur een paar dagen zijn.

Het is dus een bewijs dat het behouden van filamenten met lage vochtigheidswaarden (10-13%) een cruciale factor is die te allen tijde in overweging genomen moet worden, om problemen te voorkomen voor, tijdens en na een 3D-print.

Om maximale betrouwbaarheid bij het printen te hebben is het vitaal om het maximum aantal mogelijke gecontroleerde variabelen te hebben, en vochtigheid is er een van om maximale robuustheid in het printproces te garanderen.