Drukując przestrzenne figury poprzez zastosowanie w tym celu techniki Fused Deposition Modelling, napotkać można na drodze do ukończenia wydruku rozmaite problemy. Kłopotliwe bywa tworzenie obiektów o skomplikowanej strukturze geometrycznej. Istnieje kilka rozwiązań tego problemu. Jednym z nich jest podzielenie modelu 3D na elementy o mniej złożonej budowie, wydrukowanie ich, a następnie połączenie takich wydruków w całość, uzyskując pożądany efekt w postaci finalnego wydruku. Innym rozwiązaniem omawianej kwestii jest uwzględnienie w modelu 3D struktur podporowych i wykonanie ich z filamentu do tego celu dedykowanego. Materiał, z którego drukować można wspomniane, supportowe komponenty, stanowi m.in. HIPS, czyli główny bohater niniejszego artykułu.

HIPS - czym jest?

HIPS to skrót od High Impact Polystyrene, co w języku polskim oznacza polistyren wysokoudarny. Podobnie jak w przypadku tworzyw typu ABS oraz ASA, użytkownik drukarki 3D pracującej w oparciu o technikę FDM ma do czynienia z materiałem amorficznym. Omawiana amorficzność termoplastu HIPS oznacza, iż jego struktura wewnętrzna charakteryzuje się bardzo wysokim poziomem chaotyczności. Nieuporządkowanie strukturalne stanowi zazwyczaj wyróżnik cieczy oraz gazów. Właściwość ta jest o tyle interesująca, iż HIPS w warunkach uznawanych za normalne występuje pod postacią ciała stałego. Co ważne, substancje amorficzne są powszechnie spotykane w środowisku naturalnym i codziennym życiu człowieka. Przykłady tego rodzaju substancji stanowią bursztyn oraz szkło.

Filament HIPS - jego wytrzymałość mechaniczna i chemiczna

Zgodnie z nazwą materiał ten charakteryzuje się znakomitą odpornością na pękanie. Ten rodzaj wytrzymałości skrywa się właśnie pod hasłem udarność. Cechuje go również duża sztywność. Wykazuje się bardzo dobrą odpornością na działanie rozcieńczonych związków zasadowych oraz węglowodorów alifatycznych. Czym właściwie jest ten drugi rodzaj substancji? Węglowodory alifatyczne są związkami chemicznymi, które utworzone zostały, zgodnie z ich nazwą, z węgla oraz wodoru. Ich budowa ma charakter łańcuchowy. Łańcuchy te utworzone są z atomów węgla. Do węglowodorów alifatycznych zalicza się metan, etylen, acetylen i wiele, wiele innych. Substancje będące przedstawicielami związków chemicznych obecne są m.in. w ropie naftowej oraz gazie ziemnym. Mogą być gazami, cieczami lub ciałami stałymi. Ich stan skupienia zależny jest od długości łańcucha węglowego wchodzącego w ich skład. HIPS charakteryzuje się umiarkowaną odpornością na działanie tłuszczów, olejów oraz rozcieńczonych kwasów. Wykazuje się też bardzo słabą wytrzymałością na destrukcyjny wpływ alkoholi oraz tzw. węglowodorów aromatycznych. Przykładem substancji stanowiącej przedstawiciela tej grupy związków chemicznych jest benzen.

Limonen stanowi związek chemiczny, który jest w stanie bezproblemowo rozpuścić materiał typu HIPS (©Orbi-Tech)

Limonen - związek rozpuszczający filament HIPS

Bardzo istotną substancją, która bezproblemowo wchodzi w reakcję z filamentem typu HIPS, jest limonen. W warunkach normalnych ten związek chemiczny występuje pod postacią płynu nieposiadającego barwy. Posiada on charakterystyczny, cytrynowy zapach. Limonen z dużą łatwością rozpuszcza trójwymiarowe obiekty utworzone z filamentu HIPS. Co istotne, związek ten nie wchodzi w reakcję z tworzywami ABS-owymi. Z dotychczasowych rozważań dotyczących limonenu (a konkretniej jego zdolności do rozpuszczania określonych substancji) wywnioskować można, iż filament HIPS doskonale nadaje się do tworzenia struktur podporowych wchodzących w skład wydruków wykonywanych z termoplastów typu ABS. Po ukończeniu procesu drukowania obiektu trójwymiarowego elementy suportowe, czyli podpory, wystarczy rozpuścić, stosując w tym celu limonen.

Filament HIPS - doskonały materiał modelowy i podporowy

HIPS stosowany być może zarówno jako materiał podporowy, jak również filament modelowy. Jest termoplastem charakteryzującym się bardzo wysoką wytrzymałością mechaniczną. Stanowi także materiał cechujący się niewielką masą. Użytkownik drukarki 3D, który poszukuje filamentu o dużej udarności i jednocześnie lekkiego, swe kroki skierować może w stronę termoplastów typu HIPS. Wykonane z tego materiału trójwymiarowe wydruki poddawane mogą być dalszej obróbce mechanicznej. Powierzchnia wydrukowanych z HIPS obiektów jest matowa.

Zamykana komora robocza - niezbędny element w druku obiektów z filamentu HIPS

Wydruki z filamentu HIPS powinny być tworzone za pomocą drukarki 3D, która została wyposażona w zamykaną komorę roboczą. Dlaczego? Powody są co najmniej dwa. Po pierwsze termicznemu przetwarzaniu materiału HIPS towarzyszy emisja mikrocząstek tworzywa. Takie mikroskopijnej wielkości drobiny termoplastu stwarzać mogą potencjalne zagrożenie dla organizmu człowieka. Drugi powód stosowania urządzenia drukującego z zamkniętą komorą roboczą stanowi wydzielanie się z przetwarzanego pod wpływem temperatury tworzywa cząsteczek styrenu. Ten związek chemiczny, podobnie jak mikrocząstki samego termoplastu HIPS, wpływać mogą negatywnie na ludzkie zdrowie.

Filament HIPS - przykłady firm produkujących ten materiał

Filament HIPS obecny jest w ofercie różnorodnych producentów termoplastycznych materiałów stosowanych do tworzenia trójwymiarowych wydruków metodą FDM. Stanowi on element wachlarza produktowego wielu firm, w tym Spectrum, Fiberlogy oraz F3D. Dostępny jest zwykle w kolorze naturalnych oraz podstawowych barwach.

Filament HIPS dostępny jest w kolorze charakterystycznym dla materiału oraz w barwach podstawowych¹

Filament HIPS - podsumowanie

HIPS jest filamentem doskonale nadającym się do drukowania z niego elementów podporowych, które stanowią komponenty skomplikowanych strukturalnie, trójwymiarowych obiektów wytwarzanych z tworzyw typu ABS. Na tym jednak możliwości jego wykorzystania w druku 3D się nie kończą. Materiał ten stosuje się również do tworzenia wydruków, które są zarówno wytrzymałe mechanicznie, jak również lekkie. HIPS stanowi zatem filament o szerokim spektrum zastosowań.

---

¹Na fotografii przedstawiono następujące filamenty typu HIPS (rozpoczynając od lewej strony zdjęcia):

• Filament typu HIPS-X firmy Spectrum w kolorze Gypsum White
• Filament typu HIPS firmy Fiberlogy w kolorze czarnym
• Biały filament HIPS od Fiberlogy
• Filament HIPS firmy F3D w kolorze naturalnym (charakterystycznym dla materiału)