Lösliche Materialien für FDM-Drucker

Das Entfernen von Stützstrukturen kann ein lästiger Teil der Nachbearbeitung im 3D-Druck sein. Das muss aber nicht sein. Wenn Sie einen FDM-3D-Drucker mit zwei Extrudern oder ein anderes Verfahren haben, das den Druck mehrerer Materialien ermöglicht, können Sie die Vorteile löslicher Stützmaterialien nutzen. Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei löslichen Trägermaterialien um Materialien, die für Stützstrukturen im 3D-Druck verwendet werden können und löslich sind, sei es in Wasser, einem chemischen Mittel oder organischen Stoffen. Aber welche Materialien gibt es? In unserer Liste finden Sie einige der gängigsten löslichen Trägermaterialien (obwohl viele Unternehmen auch ihre eigenen Versionen anbieten), unterteilt nach dem Medium, in dem sie sich auflösen.

Wasserlösliche Materialien

PVA

Polyvinylalkohol (PVA) ist eines der beliebtesten löslichen Trägermaterialien für komplexe Strukturen im FDM-3D-Druck. Wie nicht anders zu erwarten, liegt der größte Vorteil von PVA in seiner Wasserlöslichkeit, die eine mühelose Entfernung dieser Trägermaterialien ermöglicht und den Einsatz aggressiver Chemikalien oder zeitaufwändiger Nachbearbeitungen überflüssig macht. Darüber hinaus vereinfacht die Wasserlöslichkeit von PVA nicht nur den Druckprozess, sondern erhöht auch die Designflexibilität und ermöglicht die Herstellung komplexerer Geometrien von Teilen. Seine Kompatibilität mit verschiedenen Filamenten, wie PLA und Nylon, erweitert die Einsatzmöglichkeiten und ermöglicht optisch ansprechendere Modelle und haltbare Prototypen. Dieses Material arbeitet in einem Temperaturbereich von 45-60 °C, so dass ein beheiztes Bett nicht erforderlich ist und eine Einhausung überflüssig wird. Außerdem liegt die Drucktemperatur für PVA im Bereich von 185-200 °C, und es ist kein spezielles Heissluftgerät erforderlich, was den benutzerfreundlichen Druckprozess weiter unterstreicht. Trotz der Herausforderungen wie der Feuchtigkeitsempfindlichkeit von PVA, die eine ordnungsgemäße Lagerung erfordert, machen die positiven Eigenschaften von PVA wie Transparenz, biologische Abbaubarkeit, Ungiftigkeit und leichte Auflösbarkeit es zu einem äußerst vorteilhaften Material für Formen, dekorative Objekte und aufwändige Designs.

PVA ist ein lösliches Material, das als Druckhilfe verwendet wird. (Bild: UltiMaker)

BVOH

Ein weiteres wasserlösliches Material für Stützstrukturen im FDM-Druck ist das Butenediol Vinyl Alkohol Copolymer (BVOH) Filament. Es ist insbesondere bei 3D-Drucken von Vorteil, bei denen gewöhnliche Stützstrukturen, die mit dem Baumaterial eines Modells erstellt wurden, schwer herauszubrechen sind. BVOH gestaltet die Entfernung der Stützen deutlich einfacher. Nachdem das 3D-gedruckte Objekt fertig gedruckt wurde, wird es lediglich in Wasser gelegt und das Trägerfilament löst sich zu 100 % von ganz allein auf. BVOH eignet sich für den Druck von Prototypen, wie etwa kleinen Modellen und Modellen mit Überhängen oder Hohlräumen, zu denen der Anwender zur Entfernung von Stützstrukturen keinen Zugang hat. Auch für detailreiche Verzierungen, Schmuck und andere Dekorationen oder komplexe Strukturen ist das Material geeignet. Darüber hinaus kann es auch für die Herstellung von beweglichen Elementen verwendet werden. Das Material setzt im Designprozess folglich keine Grenzen bezüglich der geometrischen Formen der Objekte. Praktisch ist außerdem, dass das Material für gewöhnlich (aufgrund seiner umweltfreundlichen Eigenschaften) Zuhause im Abfluss entsorgt werden kann. BVOH kann in Kombination mit verschiedenen Materialien wie etwa PLA, ABS, PET-G, ASA und elastischen Filamenten gedruckt werden. Es wird generell empfohlen, das Material vor Feuchtigkeit sowie Licht und UV-Strahlung zu schützen und trocken zu lagern, um eine hohe Langlebigkeit zu ermöglichen, oder das BVOH zügig zu verbrauchen.

Bild: Fiberlogy

AquaSys 120

Aquasys 120, das von Infinite Material Solutions entwickelt wurde, stellt einen Durchbruch im Bereich der Trägermaterialien für den 3D-Druck dar. Seine besondere Formulierung, bei der ein wasserlösliches Polymer mit dem Polysaccharid Trehalose kombiniert wird, sorgt für eine hohe thermische Stabilität bei gleichzeitiger Wahrung einer optimalen Flexibilität. Die Löslichkeit von Aquasys 120 zeigt sich darin, dass es sich bei Raumtemperatur doppelt so schnell auflöst wie PVA und bis zu sechsmal schneller in Wasser, das auf etwa 80 Grad erhitzt wurde. Seine Vielseitigkeit spiegelt sich in seiner Kompatibilität mit verschiedenen Materialien wie PLA, CPE, ABS, ASA, TPU, PC-ABS, PP oder PETG wider, was es zu einem der anpassungsfähigsten Materialien macht, die auf dem Markt für 3D-Druck erhältlich sind. Dies ist jedoch nicht die einzige Alternative. Aquasys 180 positioniert sich auch als unübertroffener Maßstab für ein fortschrittliches und äußerst kompatibles Trägermaterial. Es ist wasserlöslich und mit fortschrittlichen Hochtemperaturmaterialien wie PEEK, PEKK, PEI und PPSU kompatibel.

In organischen Lösungsmitteln lösliche Materialien

HIPS

HIPS ist ein thermoplastisches Polymer, das für „High Impact Polystyrene“ steht. HIPS wird als Trägermaterial für den FDM-Druck verwendet. Seine Haupteigenschaft ist, dass HIPS im Gegensatz zu anderen Trägermaterialien gut löslich ist. Was bedeutet das? Es bedeutet, dass sich HIPS in organischen Lösungsmitteln auflöst, was bedeutet, dass beim Trennen des gedruckten Teils vom Trägermaterial keine Schere oder andere Werkzeuge verwendet werden müssen, da es ausreicht, das Teil in die Lösung einzuführen. Außerdem ist es ein hitzebeständiges und lichtdurchlässiges Material, was das Drucken erleichtert, da man durch das Material hindurchsehen kann. Obwohl es sich um ein Material mit sehr guten Eigenschaften handelt, hat es auch seine negativen Seiten. Einige Beispiele sind seine mögliche Gelbfärbung, die giftigen Dämpfe, die es bei seiner Verwendung abgibt, oder seine geringe Beständigkeit gegenüber niedrigen Temperaturen.

PVB

PVB erweist sich als praktisches Material für Stützstrukturen bei komplexen Objekten oder solchen, die innen liegende Stützen benötigen. Durch seine lösliche Eigenschaft beim Hinzufügen von Lösungsmitteln ermöglicht es eine leichte Entfernung nach dem Druck. Die chemische Löslichkeit von PVB, insbesondere mit Mitteln wie Isopropylalkohol (IPA), bietet Vorteile beim Verkleben und Glätten bei der Nachbearbeitung von bedruckten Teilen. Darüber hinaus bietet seine weitgehende Kompatibilität mit verschiedenen Materialien wie PETG und Nylon Flexibilität bei der Verwendung.

Bild: Polymaker

Wasserlösliche Materialien unter Verwendung eines Aktivators

Polymere auf ATP-Basis

Polymere auf ATP-Basis eignen sich hervorragend für Stützstrukturen im 3D-Druck, diese Acrylat-Terpolymere (ATP) sind nämlich in alkalischen Lösungen löslich. Da sie sich nicht im Kontakt mit Wasser auflösen, sondern einen alkalischen pH-Wert der Flüssigkeit erfordern, sind sie auch weniger anfällig für feuchte Umgebungen, wie das zum Beispiel bei PVA der Fall ist. Trotz der besseren Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit aus der Umgebung, sollte die Filamentspule fern von Sonnenlicht an einem kühlen Ort aufbewahrt werden. ATP-basierte Stützmaterialien sind mit Materialien wie ABS– und ASA kompatibel. Erweiterte Kompatibilitäten hängen vom jeweiligen Hersteller ab, der über die volle Bandbreite der kompatiblen Hauptmaterialien im 3D-Druck informiert. In der Regel gibt dieser auch Anweisungen zu den Druckparametern. Nach dem Druck können die Stützstrukturen in der Flüssigkeit aufgelöst werden. Um eine alkalische Lösung zu erreichen, ist das Zugeben eines Aktivators zum Wasser nötig. Häufig ist auch dieser mit dem Filament erhältlich. Ein Beispiel für ein ATP-basiertes Stützmaterial ist Z-Support ATP von Zortrax. Zortrax führt auch das Aktivator-Mittel im Sortiment.

Bild: Zortrax

Haben Sie bereits Erfahrungen mit einigen dieser löslichen Materialen gemacht? Wenn nicht, welches würden Sie wählen? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder  LinkedIN  mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.