Растворимые нити для поддержки

Одно из основных ограничений 3D-печати FFF по сравнению с другими технологиями аддитивного производства необходимо, чтобы печатная область каждого слоя поддерживалась предыдущим печатным слоем. Это означает, что любая часть детали с выступом более 45º или любая перемычка длиннее 10 мм требуют опорных конструкций.

На 3D-принтерах FFF с одним экструдером единственным вариантом создания опорных структур является использование того же материала для печати, что и деталь. Эти опоры должны быть удалены механически после завершения печати, и для облегчения этого используются различные стратегии, такие как изготовление этих опор со структурами низкой плотности и оставление разделительного слоя между опорой и деталью. Это позволяет снимать опоры вручную без использования инструментов, хотя обработка поверхностей, соприкасающихся с опорами, часто плохо обработана.

Изображение 1:Поддерживает детали, напечатанные на 3D-принтере. Источник:3DHubs

На 3D-принтерах FFF со сдвоенными экструдерами диапазон возможностей расширяется, так как нет необходимости использовать один и тот же материал для детали и для опор. Это открывает двери для использования материалов, растворимых в растворителях, которые не растворяют материал детали. . Это позволяет использовать плотные опоры в контакте с заготовкой, что гарантирует отличное качество поверхности контакта.

Изображение 2. Двойной экструдер Raise3D Pro2. Источник:Raise3D

Доступно множество различных растворимых поддерживающих нитей, но они не все одинаковы и не все имеют одинаковую совместимость. При выборе растворимого материала-носителя важно учитывать ряд характеристик, чтобы обеспечить совместимость с используемым печатным материалом. Вот эти характеристики:

• Он должен растворяться в растворителе, который не повредит и не ухудшит свойства материала, используемого в детали.

• Он должен быть термически совместим с нитью детали. поэтому у него должны быть одинаковые температуры печати и основания, а также одинаковые температуры размягчения.
• Он должен иметь хорошую адгезию с используемым материалом в части.
• Он должен легко печатать и иметь хорошую адгезию. между слоями.

В настоящее время существует три основных типа растворимых вспомогательных материалов:

• Нити, растворимые в органических растворителях.
• Водорастворимые нити с активатором
• Водорастворимые нити

РАСТВОРИМЫЕ НИТИ В ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЯХ.

Это материалы со свойствами, аналогичными материалу, используемому в детали, но которые можно растворить в растворителе, который не разрушает и не растворяет материал, который они дополняют.

В настоящее время существует не так много вариантов для этого типа нити, в основном из-за двух проблем:с одной стороны, материалы со схожими физико-химическими свойствами, которые делают их совместимыми друг с другом, также в целом ведут себя сходным образом. с большинством растворителей, что затрудняет поиск подходящего растворителя. С другой стороны, многие из этих органических растворителей высокотоксичны или недоступны для большинства пользователей и требуют специальной обработки отходов.

Изображение 3:Д-Лимонено. Источник:Filament2print

Наиболее часто используемым волокном этого типа является HIPS, свойства которого делают его совместимым с большинством материалов на основе ABS и ASA. Помимо аналогичных термических свойств, он обладает хорошей адгезией к ABS и ASA. В настоящее время это один из наиболее широко используемых вспомогательных материалов. не только из-за его совместимости с ABS, но и из-за его низкой стоимости и поскольку он растворим в D-лимонене, доступном, недорогом и малотоксичном органическом растворителе.

ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВОЛОТА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АКТИВАТОРА.

Этополимеры на основе АТФ (акрилатные терполимеры). Эти материалы обладают свойством растворяться в щелочных растворах. Они отлично совместимы с материалами на основе ABS и ASA, а также могут использоваться с поликарбонатом. (хотя их совместимость несколько ниже).

Они не растворяются напрямую в воде, так как им требуется вода с щелочным pH, поэтому использование буферного активатора например 3DWash, необходим.

Изображение 4:3DWash. Источник:Traxer

Они являются идеальной альтернативой HIPS. , не только потому, что они не требуют использования органических растворителей, но и потому, что они представляют собой нити, разработанные и дополненные специально для использования в качестве поддерживающего материала, поэтому они обычно растворяются быстрее и оставляют меньше следов на детали.

Видео 1:Видеопрезентация PolyDissolve S2. Источник:Polymaker

Некоторыми репрезентативными нитями являются PolyDissolve S2 и Z-SUPPORT ATP.

ВОДОРАСТВОРИМЫЕ НИТИ

Одной из основных целей производителей было получение опорных нитей, растворимых непосредственно в воде. Это связано с тем, что для него не требуются органические растворители или щелочные растворы, что делает его самой безопасной инаиболее доступной альтернативой для большинства пользователей.

Вот почему это категория с самым большим разнообразием различных материалов и с вариантами, совместимыми с широким спектром нитей.

Среди водорастворимых нитей можно выделить два типа:

Водорастворимые нити, совместимые с низкотемпературными материалами: Это филаменты на основе ПВС (поливинилового спирта) или БВС (бутендиолвинилового спирта). . Оба материала имеют отличную совместимость с PLA. и может использоваться с PA (хотя их совместимость не так хороша). BVOH можно рассматривать как эволюцию PVA, и он имеет ряд преимуществ перед PVA, таких как лучшая совместимость с PETG или даже с некоторыми гибкими нитями и более высокая скорость растворения в холодной воде. Некоторые нити из ПВС относятся к LAY-PVA или PVA Raise, а Mowiflex или Z-SUPPORT Premium основаны на BVOH.

Видео 2. Сравнение PVA и BVOH. Источник:BCN3D

Водорастворимые нити, совместимые с высокотемпературными материалами:это самые передовые поддерживающие нити, доступные в настоящее время. Они состоят из материала, состоящего из смеси водорастворимых полимеров. (аналогично предыдущим) и сахар, обычно трегалоза, полисахарид, быстро растворимый в воде и обладающий высокой термической стабильностью. Соотношение между полимером и сахаром вместе с использованием определенных добавок, специфичных для каждого производителя, позволяет получать различные рецептуры водорастворимых материалов, которые <сильно>совместимы с материалами в широком диапазоне температур, от ABS до PEEK. или ULTEM.

Изображение 5:Деталь из PA-CF с опорами из Aquatek X1. Источник:3DXTech

Некоторые нити, такие как Aquasys 120 или Aquatek X1 совместимы с PLA, а также с ABS, ASA, PA, PETG или некоторыми гибкими нитями . Aquasys 120 также можно использовать с ПК или PP. Кроме того, оба материала могут выдерживать температуру в камере до 120°C и поэтому также подходят для использования в промышленных принтерах.

На один шаг выше Aquasys 180, вероятно, самый передовой и наиболее совместимый вспомогательный материал, доступный на сегодняшний день. Помимо совместимости с теми же материалами, что и Aquasys 120, его можно использовать с PEKK, PEEK, ULTEM и PPSU. так как он может выдерживать температуру камеры до 180 °C.

Изображение 6:Деталь с опорами, изготовленная в Aqusys 180. Источник:Infinite Material Solutions

Однако основное преимущество этого типа нитей (их высокая растворимость в воде) является также их основным недостатком, поскольку они очень чувствительны к влажности окружающей среды . Это делает необходимым хранение этих нитей в специальных контейнерах как при хранении, так и при использовании . Более того, по мере того, как эти нити впитывают влагу, ухудшается их адгезия и возрастает риск засорения.

КАК ВЫБРАТЬ НАИБОЛЕЕ ПОДХОДЯЩУЮ РАСТВОРИМУЮ НИТЬ.

При выборе наиболее подходящей растворимой нити необходимо проанализировать материал, который необходимо дополнить.

• ABS/ASA :В целом рекомендуется избегать использования HIPS, так как это связано с работой с органическими растворителями и образованием отходов, которые нельзя утилизировать напрямую. В этом случае наиболее рекомендуемым вариантом являются водорастворимые АТФ-филаменты с использованием активатора. Они прекрасно совместимы с этими материалами и малочувствительны к влаге, что облегчает их хранение и использование, а также сводит к минимуму риск сбоя при печати.

• ПЛА :Наилучшей совместимостью с PLA обладают материалы на основе PVA и BVOH. Среди них материалы на основе BVOH менее чувствительны к влаге, хотя в целом материалы на основе PVA немного дешевле.

• PETG/PA: Хотя можно использовать PVA и BVOH в качестве вспомогательного материала с PETG и PA, их совместимость не особенно хороша. В этом случае лучшим вариантом являются водорастворимые нити, совместимые с высокотемпературными материалами, такими как Aquasys 120.

• Гибкие файлы :Совместимость поддерживающих и гибких материалов никогда не была особенно хорошей. Можно использовать BVOH или материалы, такие как Aquasys 120, с некоторыми гибкими нитями, однако необходимо будет протестировать каждую гибкую нить для проверки совместимости.

• PEEK/PEKKK/PEI/PPSU: В этом случае лучше всего использовать Aquasys 180, так как это материал, который гарантирует наилучшую совместимость с этим типом материала и обладает наилучшей термостойкостью при высоких температурах.

• Если вы обычно используете растворимые подложки с разными материалами, идеальным вариантом будет использование одного и того же совместимого материала. со всеми материалами, такими как Aquasys 120 или Aquatek X1, а не для каждого материала отдельно.

Хотя растворимые нити часто относят к одной группе, на самом деле они состоят из разных материалов со своими очень специфическими характеристиками. В настоящее время на рынке можно найти высококачественные растворимые нити, совместимые практически с любым материалом, от PLA до PEEK.