Trójwymiarowe modele nie zawsze poszczycić mogą się prostą strukturą, która bezproblemowo przekonwertowana może zostać do formy wydruku 3D, który wykonany został przez urządzenie drukujące z przetwarzanej termicznie filamentowej żyłki. Przestrzenne figury cechują się często skomplikowaną, wysyconą detalami geometrią. Ich druk sprawiać może problemy i spędzać sen z powiek użytkownikowi drukarki 3D, który postanowił wydruk taki wykonać, lecz próby jego utworzenia kończyły się fiaskiem. Strapionemu entuzjaście drukowania trójwymiarowych obiektów przychodzą z pomocą struktury podporowe, które uwzględnia się w modelu cyfrowym złożonej figury, która ma zostać przygotowana przez urządzenie drukujące. Elementy takie drukarka 3D przygotować może z filamentu modelowego, czyli tego, z którego wytworzony zostanie właściwy wydruk. Podporowe struktury usuwa się wówczas mechanicznie. Nie zawsze będzie to jednak proces prosty. Istnieją jednak filamenty, które producenci tworzyw do druku 3D przygotowali z myślą o tworzeniu z nich supportów. Jeden z takich materiałów stanowi główny bohater niniejszego artykułu. Jest nim... Uwaga, uwaga... Filament PVA!
Filament PVA - co jest jego recepturową bazą?
Filament PVA to wykorzystywane w druku 3D tworzywo termoplastyczne, które powstało z myślą o drukowaniu z niego struktur podporowych, które usuwa się chemicznie, stosując do tego celu odpowiedni rozpuszczalnik. Jego składnik bazowy stanowi poli(alkohol winylowy). Ów związek chemiczny reprezentuje grupę wielkocząsteczkowych substancji zwanych polimerami winylowymi. Jak się go otrzymuje? Intuicja wskazuje, iż przeprowadzona musi zostać reakcja polimeryzacji alkoholu winylowego. Czy jednak rozumowanie takie jest słuszne? Nic bardziej mylnego. Intuicja bywać może zwodnicza. Alkohol winylowy nie występuje bowiem w postaci wolnej. Ulega on przekształceniu, stając się etanalem, czyli aldehydem octowym. Poli(alkohol winylowy) uzyskuje się, przeprowadzając np. reakcję tzw. hydrolizy poli(octanu winylu).
Fotografia przedstawia trójwymiarowy wydruk, który wykonany został z filamentu PLA Starter Neon Yellow. W skład obiektu wchodzą widoczne na zdjęciu elementy wydrukowane z materiału PVA. (© ROSA 3D Filaments)
Filament PVA i jego właściwości
Receptura filamentu PVA oparta jest na poli(alkoholu winylowym). Spodziewać należy się zatem, iż będzie on posiadać cechy tego właśnie polimeru. I tak właśnie jest! Charakteryzuje się on wysoką udarnością. Jest zatem odporny na destrukcyjny wpływ obciążeń dynamicznej natury. Uderzenia nie stanowią niebezpieczeństwa dla filamentu PVA. Cechuje się on dużą elastycznością oraz wysokim poziomem niepodatności na rozciąganie. Filament PVA stanowi przykład tworzywa bezwonnego. Procesowi tworzenia z niego przestrzennych wydruków nie towarzyszy nieprzyjemny zapach. Wykazuje się on bardzo niskim poziomem toksyczności. Filament PVA jest również tworzywem biodegradowalnym. Materiał ten charakteryzuje się znakomitą niepodatnością na destrukcyjny wpływ smarów oraz olejów. Filamentu PVA nie uszkodzą również rozpuszczalniki organiczne. Ulega on jednak roztworzeniu pod wpływem... Wody! Jest to jedna z właściwości filamentu PVA, która czyni z niego znakomity materiał supportowy. Jego bardzo ważną cechę stanowi znakomita adhezja. Poszczególne warstwy utworzonych z niego supportów dobrze do siebie przylegają. Wykonane z filamentu PVA podpory wykazują się jednak także dobrą adhezją do elementów wydruku, które mają one utrzymywać we właściwej pozycji. Nie dziwi zatem fakt wykorzystywania tego tworzywa w roli materiału supportowego.
Jak się okazuje wydrukiem ze zdjęcia pierwszego jest dwudziestościan foremny - na fotografii powyższej widać już efekty usuwania supportów z filamentu PVA. (© ROSA 3D Filaments)
Filament PVA, czyli znakomite tworzywo supportowe
Istnieje kilka materiałów do druku 3D, które bardzo dobrze sprawdzają się w roli budulcowego surowca struktur supportowych. Wykonane z nich podpory usuwa się, rozpuszczając je stosownymi substancjami chemicznymi. Znanym powszechnie filamentem supportowym jest HIPS. Podporowe elementy, które zostały z niego utworzone, oddziela się od wydruku właściwego, wykorzystując do tego celu limonen. Filament PVA ma jednak pewną przewagę nad tworzywem typu HIPS. Do rozpuszczenia supportu wydrukowanego z materiału opartego na poli(alkoholu winylowym) wymagana jest bowiem... Woda! Proces usuwania podpór, które wykonano z filamentu PVA, jest zatem prosty. Nie wymaga on wyposażania się w dodatkowe chemikalia, np. limonen, który rozpuszcza polistyren wysokoudarny, czyli HIPS. Czas, jaki potrzebny jest do roztworzenia podpór, które wydrukowany został z filamentu PVA, zależy od różnorodnych czynników. Zalicza się do nich m.in. ilość surowca, jaką wykorzystano do wytworzenia supportu. Ich umiejscowienie w strukturze wydruku właściwego również ma znaczenie. Czas wymagany do usunięcia podpór wydrukowanych z PVA można jednak skrócić. Dokonuje się tego, wprawiając w ruch wodę w zbiorniku, w którym umiejscowiono wydruk z supportami. Filament PVA charakteryzuje się wzorowymi własnościami adhezyjnymi, o czym wspomniano już wcześniej, omawiając właściwości surowca bazowego tego tworzywa do druku 3D. Oznacza to, iż przylega on dobrze do elementów wytwarzanych z materiału modelowego. Ta własność filamentu PVA czyni z niego termoplast, który doskonale nadaje się do tworzenia z niego komponentów supportowych. Omawianą rolę spełnia on znakomicie w przypadku skomplikowanych obiektów trójwymiarowych, które drukowane są m.in. z PLA, tworzyw nylonowych i PET-G.
We wnętrzu dwudziestościanu skrywa się jednak... Kostka! Dzięki supportom drukowanym z filamentu PVA można zatem utworzyć "zawieszone w przestrzeni" obiekty 3D. (© ROSA 3D Filaments)
Filament PVA - czy ma jakieś wady?
Filament PVA nie zalicza się do grona tworzyw trudnych w druku. Aby w pełni cieszyć się z jego dobrodziejstw, posiadać należy drukarkę 3D, która wyposażona została w system ekstruzji wielokrotnej. Możliwe będzie wówczas wykonywanie wydruku z surowca modelowego przy jednoczesnym drukowaniu struktur supportowych z filamentu PVA. Materiał ten cechuje się także bardzo wysokim poziomem higroskopijności. Oznacza to, iż chłonie on wodę z otoczenia, która znajduje się przecież również w powietrzu pod postacią pary wodnej. Szpulę z filamentem PVA należy zatem odpowiednio zabezpieczyć przed nadmierną ekspozycją na wilgoć. Warto zaopatrzyć się zatem w szczelnie zamykany pojemnik. Pochłaniacz wilgoci także okazać się może niesamowicie przydatny. Im lepiej/bardziej odpowiednio filament PVA będzie przechowywany, tym dłużej utrzyma on swoje własności pozytywne - warto o tym pamiętać.
Filament PVA - podsumowanie
Filament PVA do doskonały materiał do druku 3D, który wykorzystuje się w roli tworzywa supportowego. O jego sile jako surowca, z którego wykonywane są struktury podporowe, świadczy jego znakomicie wysoki poziom adhezji oraz rozpuszczalność w wodzie. Filament PVA to dodatkowo materiał prosty w obsłudze, nietoksyczny i biodegradowalny. Do dużych minusów tworzywa zaliczyć należy przede wszystkim jego dużą higroskopijność - wystarczy jednak zadbać o jego odpowiednie przechowywanie, aby móc cieszyć się pozytywnymi cechami tworzywa, którego bazowy składnik stanowi poli(alkohol winylowy). O jego dostępność w sprzedaży nie trzeba się martwić - produkowany jest bowiem przez m.in. ROSA 3D Filaments (filament tej firmy znajdziecie w naszym sklepie tutaj) oraz F3D Filament.
