Oplosbare filamenten voor ondersteuning

Een van de belangrijkste beperkingen van FFF 3D-printen in vergelijking met andere additive manufacturing-technologieën moet het bedrukte gebied van elke laag worden ondersteund door een eerdere bedrukte laag. Dit betekent dat elk deel van het onderdeel met een overhang van meer dan 45º of een brug langer dan 10 mm ondersteunende structuren nodig heeft.

Op FFF 3D-printers met enkele extruder is de enige optie voor het genereren van ondersteuningsstructuren het gebruik van hetzelfde printmateriaal als het onderdeel. Deze ondersteuningen moeten mechanisch worden verwijderd nadat het printen is voltooid en er worden verschillende strategieën gebruikt om dit te vergemakkelijken, zoals het maken van deze ondersteuningen met structuren met een lage dichtheid en het achterlaten van een scheidingslaag tussen de ondersteuning en het onderdeel. Hierdoor kunnen de steunen handmatig worden verwijderd zonder gereedschap, hoewel de oppervlakteafwerking van de oppervlakken die in contact komen met de steunen vaak slecht is afgewerkt.

Afbeelding 1:Steunen op 3D geprinte onderdelen. Bron:3DHubs

Op FFF 3D-printers met dubbele extruders wordt het scala aan opties uitgebreid, omdat het niet nodig is om hetzelfde materiaal te gebruiken voor het onderdeel en voor de steunen. Dit opent de deur naar het gebruik van materialen die oplosbaar zijn in oplosmiddelen die het materiaal van het onderdeel niet oplossen . Dit maakt het mogelijk dichte steunen te gebruiken die in contact staan ​​met het werkstuk en die een uitstekende afwerking van het contactoppervlak garanderen.

Afbeelding 2:Raise3D Pro2 dubbele extruder. Bron:Raise3D

Er zijn veel verschillende oplosbare ondersteuningsfilamenten beschikbaar, maar ze zijn niet allemaal hetzelfde en ze hebben ook niet allemaal dezelfde compatibiliteit. Bij het selecteren van een oplosbaar dragermateriaal is het belangrijk om rekening te houden met een aantal kenmerken om compatibiliteit met het gebruikte drukmateriaal te garanderen. Deze kenmerken zijn:

• Het moet oplosbaar zijn in een oplosmiddel dat de eigenschappen van het gebruikte materiaal in het onderdeel niet beschadigt of aantast.

• Het moet thermisch compatibel zijn met de gloeidraad van het onderdeel, dus het moet vergelijkbare print- en basistemperaturen hebben, evenals vergelijkbare verwekingstemperaturen.
• Het moet een goede hechting hebben met het gebruikte materiaal in het onderdeel.
• Het moet gemakkelijk bedrukbaar zijn en goed hechten tussen lagen.

Er zijn momenteel drie hoofdtypen oplosbare ondersteunende materialen:

• In organische oplosmiddelen oplosbare filamenten
• In water oplosbare filamenten met behulp van een activator
• In water oplosbare filamenten

OPLOSBARE FILAMENTEN IN ORGANISCHE OPLOSMIDDELEN.

Dit zijn materialen met vergelijkbare eigenschappen als het materiaal dat in het onderdeel wordt gebruikt, maar die kunnen worden opgelost in een oplosmiddel dat het materiaal dat ze aanvullen niet aantast of oplost.

Er zijn momenteel niet veel opties voor dit type filament, voornamelijk vanwege twee problemen:aan de ene kant gedragen materialen met vergelijkbare fysisch-chemische eigenschappen, waardoor ze compatibel zijn met elkaar, zich over het algemeen ook op een vergelijkbare manier met de meeste oplosmiddelen, waardoor het moeilijk is om een ​​geschikt oplosmiddel te vinden. Aan de andere kant veel van deze organische oplosmiddelen zijn zeer giftig of niet toegankelijk voor de meeste gebruikers en vereisen een gespecialiseerde afvalverwerking.

Afbeelding 3:D-Limoneno. Bron:Filament2print

Het meest gebruikte filament van dit type is HIPS, waarvan de eigenschappen het compatibel maken met de meeste op ABS en ASA gebaseerde materialen. Naast vergelijkbare thermische eigenschappen heeft het een goede hechting op ABS en ASA. Het is momenteel een van de meest gebruikte ondersteuningsmaterialen niet alleen vanwege de compatibiliteit met ABS, maar ook vanwege de lage kosten en omdat het oplosbaar is in D-limoneen, een toegankelijk, goedkoop en weinig giftig organisch oplosmiddel.

WATEROPLOSBARE FILAMENTEN DOOR HET GEBRUIK VAN EEN ACTIVATOR.

Dit zijn op ATP gebaseerde polymeren (acrylaatterpolymeren). Deze materialen hebben de eigenschap oplosbaar te zijn in alkalische oplossingen. Ze zijn uitstekend compatibel met op ABS en ASA gebaseerde materialen en kunnen ook worden gebruikt met polycarbonaat (hoewel hun compatibiliteit iets lager is).

Ze zijn niet direct oplosbaar in water, omdat ze water nodig hebben om een ​​alkalische pH te hebben, dus het gebruik van een buffer activator, zoals 3DWash, is noodzakelijk.

Afbeelding 4:3DWash. Bron:Traxer

Ze zijn eenperfect alternatief voor HIPS , niet alleen omdat er geen organische oplosmiddelen nodig zijn, maar ook omdat het filamenten zijn die speciaal zijn ontwikkeld en toegevoegd voor gebruik als ondersteuningsmateriaal, zodat ze over het algemeen sneller oplossen en minder residu achterlaten op het onderdeel.>

Video 1:Videopresentatie van PolyDissolve S2. Bron:Polymaker

Sommige representatieve filamenten zijn PolyDissolve S2 en Z-SUPPORT ATP.

WATEROPLOSBARE FILAMENTEN

Een van de belangrijkste doelstellingen van fabrikanten was het verkrijgen van steunfilamenten die direct in water oplosbaar zijn. Dit komt omdat er geen organische oplosmiddelen of alkalische oplossingen nodig zijn, waardoor het voor de meeste gebruikers het veiligste enmeest toegankelijke alternatief is.

Daarom is dit de categorie met de grootste verscheidenheid aan verschillende materialen en met opties die compatibel zijn met een breed scala aan filamenten.

Binnen de wateroplosbare filamenten zijn twee typen te onderscheiden:

In water oplosbare filamenten die compatibel zijn met materialen met lage temperaturen: Dit zijn filamenten op basis van PVA (polyvinylalcohol) of BVOH (buteendiolvinylalcohol) . Beide materialen zijn uitstekend compatibel met PLA en kan worden gebruikt met PA (hoewel hun compatibiliteit niet zo goed is). BVOH kan worden beschouwd als een evolutie van PVA en heeft een aantal voordelen ten opzichte van PVA, zoals een betere compatibiliteit met PETG of zelfs met sommige flexibele filamenten en een hogere oplossnelheid in koud water. Sommige PVA-filamenten zijn LAY-PVA of PVA Raise, terwijl Mowiflex of Z-SUPPORT Premium zijn gebaseerd op BVOH.

Video 2:Vergelijking tussen PVA en BVOH. Bron:BCN3D

In water oplosbare filamenten die compatibel zijn met materialen met hoge temperaturen:dit zijn de meest geavanceerde ondersteunende filamenten die momenteel beschikbaar zijn. Ze zijn gemaakt van een materiaal dat is samengesteld uit een mengsel van een in water oplosbaar polymeer (vergelijkbaar met de vorige) en een suiker, meestal trehalose, een polysaccharide dat snel oplosbaar is in water en met een hoge thermische stabiliteit. De verhouding tussen polymeer en suiker, samen met het gebruik van bepaalde additieven die specifiek zijn voor elke fabrikant, maakt het mogelijk om verschillende formuleringen van in water oplosbare materialen te verkrijgen die compatibel zijn met materialen in een breed temperatuurbereik, van ABS tot PEEK of ULTEM.

Afbeelding 5:PA-CF onderdeel met steunen gemaakt van Aquatek X1. Bron:3DXTech

Sommige filamenten zoals Aquasys 120 of Aquatek X1 zijn compatibel metPLA en ABS, ASA, PA, PETG of bepaalde flexibele filamenten . Aquasys 120 kan ook gebruikt worden met PC of PP. Bovendien zijn beide materialen bestand tegen kamertemperaturen tot 120°C en daardoor ook geschikt voor gebruik in industriële printers.

Een stap hoger is Aquasys 180, waarschijnlijk het meest geavanceerde en meest compatibele ondersteuningsmateriaal dat momenteel beschikbaar is. Het is niet alleen compatibel met dezelfde materialen als Aquasys 120, maar kan ook worden gebruikt met PEKK, PEEK, ULTEM en PPSU omdat het bestand is tegen kamertemperaturen tot 180°C.

Afbeelding 6:Onderdeel met steunen vervaardigd in Aqusys 180. Bron:Infinite Material Solutions

Het belangrijkste voordeel van dit type filamenten (hun hoge oplosbaarheid in water) is echter ook hun grootste nadeel, omdat ze zeer gevoelig zijn voor omgevingsvochtigheid . Hierdoor is het noodzakelijk deze filamenten in speciale containers te bewaren, zowel tijdens opslag als tijdens gebruik . Bovendien, aangezien deze filamenten vocht opnemen, verslechtert hun hechting en neemt het risico op verstopping toe.

HOE KIES JE HET MEEST GESCHIKTE OPLOSBARE FILAMENT.

Bij het selecteren van het meest geschikte oplosbare filament, is het noodzakelijk om het aan te vullen materiaal te analyseren.

• ABS/ASA :Over het algemeen is het raadzaam om het gebruik van HIPS te vermijden, aangezien hierbij organische oplosmiddelen worden gehanteerd en er afval ontstaat dat niet direct kan worden afgevoerd. In dit geval zijn wateroplosbare ATP-filamenten met gebruik van een activator de meest aanbevolen optie. Ze zijn uitstekend verenigbaar met deze materialen en hebben een lage gevoeligheid voor vocht, waardoor ze gemakkelijker op te bergen en te gebruiken zijn en het risico op printfouten wordt geminimaliseerd.

• PLA :De materialen met de beste compatibiliteit met PLA zijn die op basis van PVA en BVOH. Hierbinnen zijn materialen op basis van BVOH minder gevoelig voor vocht, hoewel materialen op basis van PVA over het algemeen iets goedkoper zijn.

• PETG/PA: Hoewel het mogelijk is om PVA en BVOH als dragermateriaal met PETG en PA te gebruiken, is hun compatibiliteit niet bijzonder goed. In dit geval is de beste optie wateroplosbare filamenten die compatibel zijn met materialen voor hoge temperaturen, zoals Aquasys 120.

• Flexibles :Compatibiliteit tussen ondersteuning en flexibele materialen is nog nooit zo goed geweest. Het is mogelijk om BVOH of materialen zoals Aquasys 120 te gebruiken met sommige flexibele filamenten, maar het zal nodig zijn om elk flexibel filament te testen om de compatibiliteit te verifiëren.

• PEEK/PEKKK/PEI/PPSU: In dit geval is de beste optie om Aquasys 180 te gebruiken, aangezien dit het materiaal is dat de beste compatibiliteit met dit type materiaal garandeert en de beste thermische stabiliteit heeft bij hoge temperaturen.

• Als u gewoonlijk oplosbare dragers met verschillende materialen gebruikt, is de ideale optie om een ​​enkel materiaal te gebruiken dat compatibel is met alle materialen, zoals Aquasys 120 of Aquatek X1, in plaats van voor elk materiaal een andere te hebben.

Hoewel oplosbare filamenten vaak één groep worden genoemd, bestaan ​​ze eigenlijk uit verschillende materialen, met hun eigen zeer specifieke eigenschappen. Tegenwoordig is het mogelijk om oplosbare filamenten van hoge kwaliteit te vinden die compatibel zijn met bijna elk materiaal op de markt, van PLA tot PEEK.