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PVA 與 HIPS:選擇哪種3D打印支撐材質(zhì)?

魔猴君  知識堂   19天前

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當您想要打印具有復雜幾何形狀、懸垂、長(cháng)橋和空腔的物體時(shí),通常無(wú)法避免打印支撐。FFF或樹(shù)脂技術(shù)尤其如此,這與某些基于塑料粉末的打印技術(shù)(例如選擇性激光燒結(SLS)技術(shù))不同,后者使用多余的粉末為打印部件提供支撐。

對支撐材料的要求多種多樣,很難做出正確的選擇。打印后,支撐物必須盡可能容易移除,并且不會(huì )在打印物體上留下任何痕跡。理想情況下,使用與打印物體不同的材料。強烈建議使用雙擠出機配合FFF打印機,以避免材料交叉污染并減少打印時(shí)間。幸運的是,長(cháng)絲市場(chǎng)上有適合甚至專(zhuān)用于打印介質(zhì)的特殊材料。在本文中,魔猴網(wǎng)將和大家一起研究學(xué)習其中兩種材料,從而在特性、打印性能和應用方面比較PVA和HIPS。PVA是一種主要用作FFF 3D打印的可溶支撐材料,而HIPS既可以用作成品零件的支撐材料,也可以用作打印材料。這里我們將主要關(guān)注它作為支撐結構材料的用途。

使用PVA支撐3D打印復雜物體(照片來(lái)源:Zortrax)

PVA和HIPS的特性

PVA和HIPS是熱塑性塑料。PVA代表聚乙烯醇。它是由聚醋酸乙烯酯(PVAC)與水反應分解的化合物經(jīng)堿性水解或皂化而形成。它具有因水而獲得彈性和柔韌性的特殊性。水分通常充當PVA的增塑劑,而PVA往往相當脆,水會(huì )導致PVA遲早溶解,具體取決于環(huán)境的濕度水平。在水中的溶解度取決于PVA和皂化各自的組成。根據PVA的類(lèi)型,水解度(通過(guò)固定水而對物體進(jìn)行化學(xué)分解)在70至100 mol%之間變化。該程度影響PVA的熔點(diǎn)和溶解速度。如果PVA溶解在水中,只需將其洗掉即可。因此PVA也非常環(huán)保。

HIPS則源自“高抗沖聚苯乙烯”和聚丁二烯橡膠的混合物。因此,它是一種結合了橡膠的彈性和聚苯乙烯的電阻的共聚物??傮w而言,HIPS的性能與ABS相似,但更硬且更耐沖擊。它以其強度、輕便、耐用和機械阻力而聞名。HIPS堅硬但不脆。雖然它不溶于水,但會(huì )受到某些酸、堿、有機溶劑和化學(xué)品的侵蝕,導致材料降解。檸檬烯和汽油會(huì )導致HIPS變脆、變色和降解。因此,當用作支撐材料時(shí),需要在后處理中用檸檬烯對物體進(jìn)行處理。請注意,許多3D打印材料(例如PLA和PETG)與HIPS不兼容,因為它們對堿和酸敏感。另一方面,該組合與耐酸的ABS配合良好,但與PLA或PETG配合不佳。

HIPS不同,PVA很容易溶解在水中(照片來(lái)源:XYZ Printing)

另一方面,PVA只能與熔點(diǎn)相似的材料一起使用,以避免打印錯誤。PVA的熔點(diǎn)理論上為230°C。然而,PVA的熔點(diǎn)取決于PVA的類(lèi)型。對于完全水解的形式,熔化溫度較低,在160至180°C之間。至于HIPS,其熔點(diǎn)為220°C。

PVA和HIPS具有相似的拉伸強度特性。該壓力較低,約為22 MPa,因此即使加水使PVA更具彈性,材料的柔韌性也不是很好。這兩種材料無(wú)毒、無(wú)味;然而,使用HIPS打印會(huì )產(chǎn)生令人不快的煙霧。

ESUN PVA線(xiàn)軸(圖片來(lái)源:ESUN)

3D打印中的PVA和HIPS

貯存

為了使PVA 3D打印取得成功,線(xiàn)材必須存放在溫度適中(理想情況下為15至25°C)的地方,遠離光(自然光或人造光)、灰塵和濕氣。PVA容易發(fā)霉,如果吸潮后不宜立即使用,否則成品可能會(huì )變形或出現孔洞、氣泡等異常情況。為了避免這個(gè)陷阱,如果PVA已濕,則必須事先在50至80°C之間干燥約8至12小時(shí)。最好將其存放在密封容器中。

另一方面,HIPS不吸收水分。它對紫外線(xiàn)也很敏感。

PVA在打印板上干燥(照片來(lái)源:IGO3D)

易于打印

在配置方面,與許多其他3D打印支撐材料一樣,建議在與成品部件接觸的支撐部分和后者之間不要留有任何空間。因此,表面光潔度將達到最佳,不會(huì )出現滲漏或其他異?,F象。由于支撐物會(huì )溶解,因此在打印過(guò)程中它們對部件的粘附不成問(wèn)題。

為了使HIPS與打印床具有良好的附著(zhù)力,建議使用膠水或膠帶等解決方案?;贏(yíng)BS和丙酮的制劑也可用于此目的。對于PVA,遮蔽膠帶是理想的選擇。

為了使HIPS更好地粘附在打印床上,可以使用膠水(照片來(lái)源:Makerbot) 

為了使用PVA獲得良好的打印效果,需要將打印床預熱到45到60℃之間,并將擠出機溫度提高到185到200℃之間。另一方面,HIPS需要更高的溫度:打印床溫度為100至115°C,擠出機溫度為230至245°C。如前所述,由于最好使用與打印物體材料具有相同熔化溫度的支撐材料,因此PVA和HIPS不用于支撐相同的材料。因此,PVA優(yōu)先與PLA、TPLA、PETG和CPE一起使用,而除ABS外,主要使用HIPS。

為了獲得PVA的最佳打印效果,建議使用“滲水防護罩”來(lái)保護零件和支撐物免于滲水。它是圍繞零件(和支撐件)的一堵墻,并與零件同時(shí)打??;它的唯一目的是捕獲來(lái)自噴嘴的滲出物,以免損壞打印部件。

事實(shí)上,當噴嘴不使用但繼續加熱時(shí),其中包含的燈絲有滲出甚至堵塞噴嘴的風(fēng)險。此外,對于PVA,建議使用風(fēng)扇來(lái)冷卻零件,因為它可以使塑料更快地凝固,從而有助于減少拉絲現象并提高打印零件的質(zhì)量。相反,對于HIPS來(lái)說(shuō),冷卻風(fēng)扇的使用并不是必需的。

對于HIPS的打印,建議使用封閉的外殼來(lái)限制打印物體與周?chē)諝庵g的溫差。這一預防措施將有助于避免因溫度突然變化而導致卷曲、翹曲甚至分層現象。此外,最好有有效的通風(fēng)系統和HEPA空氣過(guò)濾器,并保護您的呼吸道,與PVA不同,HIPS的打印會(huì )產(chǎn)生苯乙烯等難聞的煙霧。

至于推薦的打印速度,PVA約為30毫米/秒,低于大多數其他材料:這是PVA的脆性所需要的。HIPS的打印速度為40至80毫米/秒。

如果打印機設置得當,這兩種細絲都非常容易打印。

就像ABS一樣,HIPS在壓力下往往會(huì )卷起并彎曲(照片來(lái)源:Sculpteo)

后處理

至于后處理,對于PVA來(lái)說(shuō)非常簡(jiǎn)單,只需將部件浸入水浴中1至2小時(shí),直至支撐物溶解。由于PVA是可生物降解的,因此水可以排入下水道。

HIPS的后處理更加細膩。建議首先用手拆卸大部件。剩余部分將使用化學(xué)溶劑(例如化學(xué)檸檬酸)溶解。這種策略可以節省溶劑,每升成本約為30歐元。溶解過(guò)程中,切記保護眼睛、呼吸道(口罩)和手(防護手套),避免刺激。


當使用HIPS作為支撐時(shí),最好先切割大塊零件,然后再用檸檬烯溶解它們(照片來(lái)源:MatterHackers)

PVA和HIPs在3D打印中的應用

正如我們之前討論的,PVA和HIPS用于在3D打印其他材料時(shí)生產(chǎn)支撐件。PVA還可用于制作原型,甚至模具。設計部門(mén)還使用PVA來(lái)制作裝飾模型。

由于它不像PVA那樣溶于水,而且由于其輕質(zhì)、良好的抗沖擊性以及可打印成不同形狀和顏色的可能性,HIPS也可用于制造玩具和兒童用品等成品部件。它在汽車(chē)行業(yè)也很受歡迎,用于生產(chǎn)儀表板組件等內飾部件。HIPS還用于制造電氣和電子設備的外殼。HIPS最后用于包裝設計,特別是在食品行業(yè)(特別是用于外賣(mài)餐食的翻蓋式容器)或化妝品。

HIPS還用作包裝打印材料(照片來(lái)源:塑料技術(shù)

生產(chǎn)廠(chǎng)家及價(jià)格

市場(chǎng)上有的PVA長(cháng)絲的厚度有1.75和2.85毫米。購買(mǎi)燈絲之前,請檢查其厚度是否與3D打印機擠出機的直徑相符。一卷500克PVA的價(jià)格在17至183歐元之間,但平均價(jià)格超過(guò)46歐元。然而,價(jià)格取決于制造商。PVA長(cháng)絲供應商包括Arianeplast、eSUN、FormFutura、Forward AM(BASF)、Infinite Material Solutions、INNOVATEFIL、MatterHackers、三菱化學(xué)公司、Neofil3D、Polymaker、PrimaCreator、Raise3D、RS PRO、UltiMaker、XYZprinting。

HIPS比PVA便宜得多,一卷長(cháng)絲的售價(jià)在13至35歐元之間。一些最知名的制造商包括Arianeplast、eSUN、Forward AM(BASF)、Intamsys、Kimya、Nanovia、Neofil3D、Raise3D、RS PRO、Smart Materials 3D、MatterHackers和Zortrax。需要注意的是,HIPS長(cháng)絲的配方并不總是相同的,需要注意。事實(shí)上,有些包含有利于打印過(guò)程的添加劑,但可能使打印后支撐物的去除變得復雜。



來(lái)源:3dnatives

   

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