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3D打印可溶支撑PVA材质特性

魔猴君  知识堂   4天前

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PVA(即聚乙烯醇)由于具有溶于水的能力,是3D打印行业广泛使用的材料。特别是,它用于在使用FDM双挤出机时创建打印支撑。这为用户提供了更大的设计自由度来设计具有复杂几何形状的零件,而不会影响打印质量。设计的细节和悬臂部件越多,部件需要的支撑就越多。本指南将帮助您更好地了解这种材料的特性,以及它在3D打印中的作用,以在每个制造过程中实现最佳结果。

PVA的生产及特点

在技术层面上,PVA属于合成聚合物家族,具有可生物降解的特殊性。它是通过聚合醋酸乙烯酯而产生的,然后水解以获得用于3D打印的长丝形式的材料。它具有透明至灰白色的外观,非常耐油和油脂。除了具有与PLA、CPE或尼龙等其他热塑性塑料类似的非常好的粘合性能外,该材料还具有高拉伸强度和柔韧性。它无味、无毒,并且如上所述,可生物降解,对人类、动物和环境安全。


PVA是一种用作打印支撑的可溶性材料(照片来源:Ultimaker)

具体而言,其拉伸伸长率为360%,拉伸强度为22MPa。根据湿度的不同,PVA也可以变得非常柔韧和有弹性,因为水就像热塑性塑料的增塑剂。这种材料实际上很脆、易碎且耐牵引,但当空气或水的湿度增加时,它会变得越来越有弹性;然后,它完全溶解在水中。否则,它的外观介于透明和奶油色之间。它在3D打印中很容易加工,因为除其他外,它无毒且实际上无味,尽管打印时可能会产生轻微的气味。然而,对于增材制造的使用,重要的是要注意230°C的熔点,尤其是200°C的变性温度。在此温度下,PVA开始烧焦,从而在打印物体上产生黑点。

发展

PVA在3D打印中的应用

如前所述,其主要优点之一是其溶解能力。它只需要水来去除支撑材料,即不需要成分更复杂的溶剂。另外,它不需要任何额外的硬件。然而,还值得一提的是PVA的一些缺点,尽管它们通常适用于其他可溶性材料。其中之一是对湿度非常敏感,这会直接影响材料。为了不改变其特性,有必要将其保存在空气受到严格控制的区域。如果喷嘴在不使用时处于高温状态,PVA也更有可能产生堵塞。除此之外,许多用户认为它是一种昂贵的灯丝。此外,为了获得良好的基材效果,PVA需要将打印床预热到45到60°C之间,并将挤出机温度提高到180到200°C之间。此外,如上所述,存储也是必不可少的。PVA长丝应始终存放在阴凉处,并避光和防尘。最佳储存温度为15-25°C,避免阳光照射。如果材料已吸收水分,则需要在50-80°C下干燥约8-12小时,然后再进行打印。最好使用熔化温度相似的材料(例如PLA或PA)进行打印。

使用这种材料时要考虑的另一个重要点是挤出机的配置。在不活动时冷却PVA热端可防止上述渗漏和堵塞。此外,建议将顶部支撑间隙距离设置为0层,以获得更佳的表面光洁度。由于支撑物会溶解,因此它们在制造过程中是否粘附在最终部件上并不重要。当材料是新鲜的并且一直干燥储存时,可以获得最令人愉快的结果和光滑的物体。一旦PVA吸收了过多的水分,在打印过程中就会出现嘶嘶声,并在最终物体上出现卷曲、细纹、孔洞、气泡和挤出不足。

在后处理中,PVA支撑结构会简单地溶解在水中(照片来源:MatterHackers)

PVA存储不同,后处理极其简单。只需将打印的物体放入水浴中,等待1-2小时,让支撑材料溶解。水应处于浴温,然后可倒入下水道,因为如上所述,PVA是可生物降解的。

PVA的应用

作为一种可溶性材料,PVA是制造具有复杂几何形状的零件以及内腔、概念模型和模具的理想补充。3D打印支撑件可提供更好的表面质量,并允许零件定向以优化其机械性能。3D打印夹具可提供更好的表面质量,并允许对齐增材制造的零件以优化其机械性能。

此外,通过3D打印所有类型的零件,无论设计的复杂程度如何,PVA也是一种在艺术界广泛用于创建装饰模型的材料。然而,这并不是唯一受益于这种灯丝的行业。即使是使用FDM技术创建工具或原型的最先进行业也越来越多地集成可溶材料来创建支撑。



编译整理:3dnatives

   

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