{"id":49965,"date":"2023-09-12T00:01:26","date_gmt":"2023-09-11T22:01:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=49965"},"modified":"2023-11-28T16:19:07","modified_gmt":"2023-11-28T15:19:07","slug":"pva-vs-hips-120920231","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/pva-vs-hips-120920231\/","title":{"rendered":"PVA vs HIPS: So w\u00e4hlen Sie das richtige Tr\u00e4germaterial"},"content":{"rendered":"

Wer komplexe Objekte mit komplexen Geometrien, steilen \u00dcberh\u00e4ngen, langen Br\u00fccken und Hohlr\u00e4umen drucken m\u00f6chte, kommt um St\u00fctzstrukturen nicht herum. Bei Pulver-basierten Drucktechnologien entfallen diese, da das nicht ben\u00f6tigte Pulver die gedruckte Struktur st\u00fctzt. Bei Drucken mit FFF-Technologie<\/a> oder Harz ist es allerdings n\u00f6tig, Supportstrukturen miteinzuplanen, damit das Endobjekt den Druck heil \u00fcbersteht. Zwei Materialien, die f\u00fcr solche Supportstrukturen h\u00e4ufig herangezogen werden, sind PVA<\/strong> und HIPS<\/strong>, die wir in diesem Beitrag in ihrer Verwendung beim FFF-Druck n\u00e4her beleuchten.<\/p>\n

Die Anforderungen an ein Supportmaterial sind vielf\u00e4ltig und daher kann die richtige Wahl zur Herausforderung werden. Die St\u00fctzen sollten nach dem Drucken n\u00e4mlich m\u00f6glichst leicht zu entfernen sein und keine Spuren am gedruckten Objekt hinterlassen. Im besten Fall verwendet man daf\u00fcr ein anderes Material als f\u00fcr das Druckobjekt selbst. Daher wird empfohlen, zu einem FFF-Drucker mit Dual-Extruder<\/a> zu greifen, denn das verringert die Druckzeit und auch das Risiko, dass sich die beiden Materialien vermischen und ung\u00fcnstig beeintr\u00e4chtigen. Gl\u00fccklicherweise lassen sich auf dem Filament-Markt f\u00fcr spezielle Materialien finden, die f\u00fcr den Druck von St\u00fctzstrukturen geeignet sind oder sogar eigens daf\u00fcr vorgesehen. In diesem Artikel beleuchten wir zwei von ihnen n\u00e4her und stellen PVA und HIPS in ihren Merkmalen, Druckeigenschaften und Anwendungen gegen\u00fcber. PVA ist ein Material, das haupts\u00e4chlich als l\u00f6sliches Tr\u00e4germaterial im FDM-3D-Druck verwendet wird, w\u00e4hrend HIPS sowohl als Tr\u00e4germaterial als auch als Druckmaterial f\u00fcr eigenst\u00e4ndige Teile verwendet werden kann. Hier konzentrieren wir uns haupts\u00e4chlich auf seine Verwendung als Material f\u00fcr St\u00fctzstrukturen.<\/p>\n

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Komplexes, 3D-gedrucktes Objekt mit Tr\u00e4gern aus PVA. (Bild: Zortrax)<\/p><\/div>\n

Eigenschaften von PVA und HIPS<\/h3>\n

Sowohl PVA als auch HIPS sind thermoplastische Polymere. PVA<\/a> steht f\u00fcr Polyvinylalkohol <\/strong>und entsteht durch die alkalische Hydrolyse bzw. Verseifung von Polyvinylacetat (PVAC), indem durch die Reaktion mit Wasser chemische Verbindungen gespalten werden. HIPS<\/a> ergibt sich aus einer Mischung aus hochschlagfestem (high impact) Polystyrol und Polybutadienkautschuk, daher der Name High Impact Polystyrene<\/strong>. Es ist somit ein Copolymer, welcher die elastischen Eigenschaften von Gummi mit der Festigkeit von Polystyrol vereint.<\/p>

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Insgesamt \u00e4hnelt HIPS in seinen Eigenschaften ABS, ist aber h\u00e4rter und sto\u00dffester. Au\u00dferdem \u00fcberzeugt es durch seine Schlagz\u00e4higkeit, Leichtigkeit, Widerstandsf\u00e4higkeit und mechanische Belastbarkeit. Die gedruckten Objekte weisen eine glatte und kratzfeste Oberfl\u00e4che auf und sind antibakteriell. HIPS ist zwar hart, aber nicht spr\u00f6de.<\/p>\n

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HIPS als Supportstruktur. (Bild: Zortrax)<\/p><\/div>\n

Ganz im Gegensatz zu PVA, welches durch Wasser immer mehr an Elastizit\u00e4t und Flexibilit\u00e4t gewinnt. Feuchtigkeit im Allgemeinen wirkt auf das eigentlich spr\u00f6de und eher br\u00fcchige PVA n\u00e4mlich wie ein Weichmacher, was dazu f\u00fchrt, dass sich PVA fr\u00fcher oder sp\u00e4ter, je nach Feuchtigkeitsgrad der Umgebung, aufl\u00f6st. Die Wasserl\u00f6slichkeit h\u00e4ngt von der jeweiligen PVA-Zusammensetzung bzw. von der Verseifung ab. Je nach PVA-Typ schwankt der Hydrolysegrad zwischen 70 und 100 mol%. Dieser Grad beeinflusst den Schmelzpunkt und wie schnell sich PVA aufl\u00f6st. Wird PVA im Wasser aufgel\u00f6st, kann es einfach entsorgt werden. Somit ist PVA auch sehr umweltfreundlich. Als Druckmaterial f\u00fcr ein langlebiges Objekt ist PVA aufgrund seiner Wasserl\u00f6slichkeit im Gegensatz zu HIPS g\u00e4nzlich ungeeignet, als Supportmaterial jedoch hervorragend, da genau diese aufl\u00f6senden Eigenschaften relevant sind.<\/p>\n

HIPS l\u00e4sst sich zwar nicht durch Wasser aufl\u00f6sen, aber durch bestimmte S\u00e4uren, Laugen, organische L\u00f6sungsmittel und Chemikalien angreifen, was zum Abbau des Materials f\u00fchrt. Durch Limonene und Benzin wird HIPS spr\u00f6de, verf\u00e4rbt sich und zersetzt sich. Wird es als Material f\u00fcr St\u00fctzstrukturen eingesetzt, ist es in der Nachbearbeitung daher n\u00f6tig, das Objekt mit Limonenen, dem Abfallstoff aus Zitrusschalen, zu behandeln, damit die St\u00fctzen zerfallen und sich l\u00f6sen. Allerdings reagieren auch andere Kunststoffe auf Laugen, S\u00e4uren und Chemikalien mit Zerfall, weshalb sich HIPS nicht als Supportmaterial mit sehr vielen anderen Materialien, die f\u00fcr die Basisstruktur verwendet werden, kombinieren l\u00e4sst. Am besten gelingt der Druck in Verbindung mit ABS<\/a>, welches der S\u00e4ure standh\u00e4lt, nicht aber mit PLA oder PETG<\/a>. In Kombination mit diesen Materialien greift man besser zu PVA f\u00fcr die Supportstrukturen.<\/p>\n

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Im Gegensatz zu HIPS l\u00f6st sich PVA einfach in Wasser auf. (Bild: XYZ Printing)<\/p><\/div>\n

PVA sollte hingegen nur mit Materialien verwendet werden, die einen \u00e4hnlichen Schmelzpunkt aufweisen, um Druckfehlern vorzubeugen, wie eben vorzugsweise PLA<\/a>. Der Schmelzpunkt liegt bei PVA bei 230\u00b0C, bei HIPS bei 220\u00b0C. Obwohl der Schmelzpunkt von PVA theoretisch 230 Grad betr\u00e4gt, h\u00e4ngt er von der Art des PVA ab. Bei vollst\u00e4ndig hydrolysierten Formen ist die Schmelztemperatur niedriger und liegt zwischen 160 und 180 Grad.<\/p>\n

Auch in Bezug auf die Zugfestigkeit sind sich PVA und HIPS \u00e4hnlich. Sie verf\u00fcgen \u00fcber eine Zugfestigkeit von 22MPa und sind daher nicht sehr flexibel, wobei PVA durch die Zugabe von Wasser elastischer wird. Beide sind ungiftig und geruchlos, jedoch entstehen beim Druck mit HIPS eventuell unangenehme D\u00e4mpfe.<\/p>\n

Hinsichtlich der Farbe ist PVA nat\u00fcrlich transparent bis cremefarben, HIPS ist als wei\u00dfes Filament<\/a> erh\u00e4ltlich, das eingef\u00e4rbt werden kann, sofern es nicht als Supportmaterial verwendet wird. Bei PVA er\u00fcbrigt sich die Frage nach der Farbgebung, da es im Gegensatz zu HIPS ohnehin nur als Supportmaterial verwendet wird.<\/p>\n

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PVA-Spule von ESUN. (Bild: ESUN)<\/p><\/div>\n

3D-Druckbedingungen f\u00fcr PVA und HIPS<\/h3>\n

Lagerung<\/h4>\n

Damit der 3D-Druck mit PVA bestm\u00f6glich gelingt, muss das Filament an einem k\u00fchlen Ort gelagert werden, fern von nat\u00fcrlichem oder k\u00fcnstlichem Licht, Staub und Feuchtigkeit. Sowohl HIPS als auch PVA verf\u00fcgen nur \u00fcber eine begrenzte Best\u00e4ndigkeit gegen UV-Licht. \u00a0Eine angemessene Lagerung ist daher unerl\u00e4sslich, um Druckprobleme im Vorhinein zu vermeiden. Die optimale Lagertemperatur f\u00fcr PVA liegt beispielsweise bei 15 bis 25 \u00b0C. PVA neigt zur Schimmelbildung und sollte nicht verwendet werden, wenn es Feuchtigkeit absorbiert hat, da sich das fertige Teil sonst verziehen oder andere Anomalien wie L\u00f6cher oder Blasen aufweisen k\u00f6nnte. Wenn PVA also Feuchtigkeit aufgenommen hat, muss es vor dem Einsatz getrocknet werden. Als Richtlinie gelten in etwa 8 bis 12 Stunden bei 50 bis 80 \u00b0C. Am besten wird PVA ohnehin in einem luftdichten Beh\u00e4lter gelagert. HIPS hingegen nimmt keine Feuchtigkeit auf und muss nicht vor dem Druck getrocknet werden.<\/p>\n

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PVA wird hier auf dem Druckbett getrocknet. (Bild: IGO3D)<\/p><\/div>\n

Druckprozess<\/h4>\n

Wie allgemein beim Druck mit Supportmaterialien, sollten Sie die Druckkonfiguration so einstellen, dass zwischen dem Tr\u00e4gerteil und endg\u00fcltigem Teil ein Abstand von 0 Schichten vorherrscht. Auf diese Weise wird die Oberfl\u00e4che des fertigen Teils optimal sein, ohne dass es zu Absonderungen oder anderen Unannehmlichkeiten kommt. Da sich die Tr\u00e4ger nach dem Druck sowieso aufl\u00f6sen sollten, ist ihre Haftung auf dem Teil w\u00e4hrend des Druckvorgangs nicht weiter relevant.<\/p>\n

Um eine gute Haftung von HIPS auf dem Druckbett zu erreichen, wird empfohlen, L\u00f6sungen wie Kleber oder Klebeband zu verwenden. Auch eine Schlacke mit einer Mischung aus ABS und Aceton kann zu diesem Zweck verwendet werden. F\u00fcr PVA ist Malerband ideal.<\/p>\n

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Damit HIPS besser auf dem Druckbett haftet, kann man zu Klebstoff greifen. (Bild: Makerbot)<\/p><\/div>\n

Um ein gutes Druckergebnis mit PVA zu erzielen, muss die Druckplatte auf 45 bis 60 \u00baC vorgew\u00e4rmt und der Extruder auf eine Temperatur zwischen 185 und 200 \u00baC gebracht werden. HIPS hingegen erfordert h\u00f6here Temperaturen: zwischen 100 und 115\u00b0C f\u00fcr die Druckplatte und 230 und 245\u00b0C f\u00fcr den Extruder. Da es vorzuziehen ist, ein Tr\u00e4germaterial zu verwenden, das eine \u00e4hnliche Schmelztemperatur hat wie das Material des gedruckten Objekts, werden PVA und HIPS nicht als Tr\u00e4ger f\u00fcr dieselben Materialien verwendet. Daher wird PVA vorzugsweise mit PLA, TPLA, PETG und CPE verwendet, w\u00e4hrend HIPS haupts\u00e4chlich mit ABS zum Einsatz kommt. Ein weiterer Grund, warum HIPS bevorzugt mit ABS eingesetzt wird, ist, dass ABS im Gegensatz zu vielen anderen Druckmaterialien nicht durch Limons\u00e4ure (D-Limonen) zerst\u00f6rt wird, welche als L\u00f6sungsmittel zum Aufl\u00f6sen des HIPS-Tr\u00e4gers verwendet wird.<\/p>\n

F\u00fcr ein optimales Drucken von PVA wird empfohlen, einen Sickerschutz zu verwenden, um das Teil und den Tr\u00e4ger vor dem Auslaufen zu sch\u00fctzen. Wenn n\u00e4mlich eine D\u00fcse nicht benutzt wird, aber weiter erhitzt wird, kann das darin enthaltene Filament heraussickern und sogar die D\u00fcse verstopfen. Bei HIPS macht die beheizte Kammer die Verwendung eines Sickerschutzes \u00fcberfl\u00fcssig. Au\u00dferdem wird bei PVA ein Gebl\u00e4se zur K\u00fchlung der Teile empfohlen, da es dazu beitr\u00e4gt, den Kunststoff schneller zu verfestigen. Somit wird die Fadenbildung (stringing<\/a>) verringert und die Qualit\u00e4t des gedruckten Teils verbessert. F\u00fcr den Druck von HIPS ist die Verwendung eines K\u00fchlgebl\u00e4ses dagegen nicht unbedingt erforderlich.<\/p>\n