Tutto quello che c’è da sapere sul PVA per la stampa 3D

Il PVA, o alcool polivinilico, è un materiale ampiamente utilizzato nel settore della stampa 3D grazie alla sua capacità di sciogliersi in acqua. In particolare, viene utilizzato per la creazione di supporti di stampa quando si utilizzano macchine FDM a doppio estrusore. Ciò offre agli utenti una maggiore libertà di progettazione di parti con geometrie complesse, senza influire sulla qualità di stampa. Maggiore è il numero di dettagli e di parti a sbalzo del progetto, maggiore sarà il numero di supporti necessari per la produzione del pezzo. In questa guida cercheremo di comprendere meglio le proprietà di questo materiale e il suo ruolo nella stampa 3D per ottenere i migliori risultati in ogni processo di stampa.

Produzione e caratteristiche del PVA

A livello tecnico, il PVA fa parte della famiglia dei polimeri sintetici, con la particolarità di essere biodegradabile. Viene creato polimerizzando l’acetato di vinile, che viene poi idrolizzato per ottenere il materiale in forma di filamento per la stampa 3D. Ha un aspetto da trasparente a bianco sporco ed è altamente resistente a oli e grassi. Oltre ad avere ottime proprietà adesive, simili a quelle di altri materiali termoplastici come PLA, CPE o Nylon, questo materiale ha un’elevata resistenza alla trazione e flessibilità. È inoltre inodore, non tossico e, come detto, biodegradabile, il che lo rende sicuro per l’uomo, gli animali e l’ambiente.

In particolare, ha un allungamento a trazione del 360% e una resistenza alla trazione di 22MPa. A seconda dell’umidità, il PVA può anche diventare molto flessibile ed elastico, perché l’acqua è come un plastificante per il PVA. Il PVA, che in realtà è fragile, fragile e resistente alla trazione, diventa sempre più elastico quando l’umidità viene aggiunta dall’aria o dall’acqua e si scioglie completamente in acqua. Per il resto, ha un aspetto trasparente o color crema ed è molto resistente a oli e grassi. È facile da lavorare nella stampa 3D perché, tra l’altro, non è tossico e di fatto è inodore, anche se un leggero odore può essere prodotto durante la stampa. Tuttavia, per l’uso nella produzione additiva, è importante tenere presente il punto di fusione di 230°C e soprattutto la temperatura di degenerazione di 200°C. A questa temperatura, il PVA inizia a sciogliersi. A questa temperatura, infatti, il PVA inizia a carbonizzarsi, con la conseguente formazione di macchie nere sull’oggetto stampato.

Il PVA è un materiale solubile utilizzato come supporto di stampa (crediti fotografici: Ultimaker)

Stampa 3D con PVA

Tra i suoi principali vantaggi c’è, come già detto, la capacità di dissolversi. A questo si aggiunge il fatto che per rimuovere il materiale di supporto è sufficiente l’acqua, ovvero non sono necessari solventi con componenti più complessi. Inoltre, non richiede alcun hardware aggiuntivo. Tuttavia, vale la pena menzionare anche alcuni degli svantaggi del PVA, sebbene siano generalmente applicabili ad altri materiali solubili. Uno di questi è l’elevata sensibilità all’umidità, che può influire direttamente sul materiale. Affinché le sue proprietà non vengano alterate, sarà necessario conservarlo in aree in cui l’aria è altamente controllata. Il PVA ha anche maggiori probabilità di generare intasamenti se l’ugello viene lasciato caldo quando non estrude. A ciò si aggiunge il fatto che molti utenti lo considerano un filamento costoso per quello che è, in quanto alla fine non viene utilizzato nei pezzi finali stampati, ma si dissolve in fase di post-processing.

Inoltre, per ottenere buoni risultati sul substrato, il PVA richiede il preriscaldamento del vassoio di stampa a una temperatura compresa tra 45 e 60 ºC e l’estrusore a una temperatura compresa tra 180 e 200 ºC. Inoltre, come già detto, lo stoccaggio è fondamentale. Il filamento PVA deve essere sempre conservato in un luogo fresco e protetto dalla luce e dalla polvere. La temperatura di stoccaggio ottimale è di 15-25°C, al riparo dalla luce solare. Se il materiale ha già assorbito umidità, è necessario asciugarlo per circa 8-12 ore a 50-80°C prima di stamparlo. È inoltre preferibile stampare con materiali con temperature di fusione simili, come il PLA o il PA.

Un altro punto importante da considerare quando si lavora con questo materiale è la configurazione degli estrusori. Raffreddando l’hotend del PVA mentre è inattivo si evitano i fenomeni di trasudamento e intasamento menzionati in precedenza. Inoltre, si consiglia di impostare la distanza del supporto superiore a 0 strati per ottenere una finitura superficiale ottimale. Poiché i supporti si dissolvono, non è importante che aderiscano al pezzo finale durante il processo di fabbricazione. I risultati più gradevoli e gli oggetti più lisci si ottengono quando il materiale è fresco e conservato costantemente all’asciutto. Non appena il PVA ha assorbito troppa umidità, ciò si manifesta già durante la stampa con un sibilo e sull’oggetto finale con arricciamenti, stringing, fori, bolle e sottoestrusione.

Nel post-processing, le strutture di supporto in PVA si dissolvono semplicemente in acqua (crediti fotografici: MatterHackers)

A differenza della conservazione del PVA, la post-elaborazione è estremamente semplice. È sufficiente posizionare l’oggetto stampato in un bagno d’acqua e attendere 1-2 ore affinché il materiale di supporto si dissolva. L’acqua deve essere a temperatura di bagno e può essere gettata nello scarico, poiché il PVA è biodegradabile, come già detto.

Usi e applicazioni

Come materiale solubile, il PVA è ideale come complemento nella produzione di parti con geometrie complesse, nonché di cavità interne, modelli concettuali e stampi. I supporti stampati in 3D offrono una migliore qualità della superficie e consentono anche di orientare il pezzo per ottimizzarne le proprietà meccaniche.

Inoltre, consentendo la stampa 3D di tutti i tipi di parti, indipendentemente dalla complessità del progetto, il PVA è un materiale ampiamente utilizzato anche nel mondo dell’arte per creare modelli decorativi. Tuttavia, non è l’unico settore a trarre vantaggio da questo filamento. Anche le industrie più avanzate che lavorano con la tecnologia FDM per creare utensili o prototipi stanno integrando sempre più i materiali solubili per creare supporti.

Produttori e prezzo

Il filamento PVA è disponibile sul mercato in spessori standard di 1,75 e 2,85 mm. Al momento dell’acquisto, assicurarsi che lo spessore corrisponda al rispettivo diametro dell’hotend della propria macchina da cucire. Di norma, è possibile ottenere bobine di filamento da 500 grammi di materiale a un prezzo compreso tra 30 e 130 dollari (anche se in media i prezzi tendono a essere superiori a 50 dollari). Tuttavia, i prezzi variano a seconda del produttore. Le aziende che offrono filamenti in PVA sono Ultimaker, eSun, Formfutura, XYZprinting, BCN3D, PrimaCreator, MatterHackers, Polymaker, Makerbot e molte altre.

Poiché il PVA è di gran lunga più costoso del PLA, è possibile utilizzare una semplice punta di stampa. Molti slicer, come Slic3r Prusa Edition, offrono l’opzione di stampare il pezzo direttamente sotto l’oggetto di stampa (“interface layer”) in PVA, ma il resto della struttura di supporto con il più economico PLA. In questo modo è possibile risparmiare sul PVA e quindi sui costi. Se vuoi saperne di più su altri filamenti per la stampa 3D, potete consultare la nostra guida QUI.

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*Crediti foto copertina: Zortrax