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mercoledì 2 agosto 2017

TIPOLOGIE DI FILAMENTI IN PVA PER STAMPARE I SUPPORTI CON MACCHINE FDM DOPPIO E SINGOLO UGELLO

TIPOLOGIE DI FILAMENTI IN PVA PER STAMPARE I SUPPORTI CON MACCHINE FDM DOPPIO E SINGOLO UGELLO



FILOPRINT propone questo articolo per tutti gli utenti che ci chiedono chiarimenti riguardo all'uso del PVA come supporto alla stampa 3D FDM

Il PVA (PoliVinilAlcol) è un filamento stampa 3d FDM completamente solubile in acqua per stampanti 3D a doppio estrusore, caratteristica che lo rende ideale come materiale di stampa di supporti interni ed esterni per oggetti in di forme e geometrie particolarmente complesse.


Con il PVA è possibile ottenere stampe complesse in maniera assolutamente pulita senza la necessità di rimuovere meccanicamente i supporti dall'oggetto finito: basta immergere l'oggetto in acqua (anche fredda, ma temperature più elevate rendono il processo più rapido) e i supporti si dissolveranno senza lasciare residui sul manufatto.

La sua completa solubilità in acqua rende adesso possibile anche la realizzazione di supporti interni all'oggetto, è inoltre trasparente ed inodore, RoHS certified e REACH compliant.
Per contro non è di facile utilizzo, specie su macchine non molto performanti e la sua difficoltà di adesione sia al materiale dell'oggetto primario che al piano di stampa ne fanno una tipologia di filamento non semplice da stampare, inoltre è molto igroscopico e la sua struttura è molto attaccabile dall'umidità nell'aria compromettendone di molto le performance, ma ne parleremo più avanti.

CONSIGLI GENERALI SULLA STAMPA DEL PVA
Il PVA PoliVinilAlcol è suscettibile all'umidità, per cui è necessario porre molta cura nella conservazione della bobina, in ambienti non umidi, a temperatura controllata, in presenza di silica gel.

Questo filamento si stampa analogamente ai comuni PLA e ABS, non necessita di piano riscaldato ma se necessario per la stampa dell'oggetto impostarlo secondo le indicazioni del materiale utilizzato.
Il PVA si abbina molto bene con tutti i tipi di NYLON e PLA. L'abbinamento invece con il ABS e gli ELASTOMERI generalmente non è garantito.
Per ottenere stampe perfette è opportuno utilizzare il PVA in ambienti ad una temperatura inferiore ai 28 °C e con un'umidità relativa inferiore al 55%
Recentemente è stato realizzato un tipo di PVA speciale chiamato PVA ATLAS. Trattasi di una tipologia di filamento che abbiamo potuto testare molto attentamente e che si riesce a stampare anche su macchine “tipo PRUSA” in modo più facile ad a risoluzioni fino a 0,1 mm


GUIDA GENERALE PER LA STAMPA DI MATERIALI CON IL SUPPORTO IN PVA

La stampa con PVA in generale non è facilissima e richiede una buona dose di esperienza di stampa 3D, in quanto non esiste un formato generico adatto a tutte le dimensioni per la stampa a doppia estrusione con materiali PVA. Le impostazioni ottimali del PVA possono persino variare tra gli stessi modelli di stampanti 3D.

Una delle sfide più comuni è stabilire un buon legame tra il materiale di supporto PVA e il materiale da costruzione primario.

Di seguito i parametri sono della massima importanza per stabilire una buona aderenza.

Verificare la distanza di estrusione tra l'oggetto stampato e il supporto PVA.

L'impostazione predefinita nella maggior parte dei software slicer è spesso impostata su una distanza di 0,1 mm o 0,2 mm, che funziona bene per il supporto a distanza, ma non per il supporto PVA.

Per i materiali di supporto PVA, la distanza di estrusione deve essere impostata su 0.0mm poiché entrambi i materiali devono realmente entrare in contatto l'uno con l'altro.

La temperatura di stampa (ugello) è estremamente importante e si consiglia di misurare la temperatura effettiva dell'ugello e di confrontare questa temperatura con la temperatura impostata nelle impostazioni di stampa.

Se la temperatura effettiva dell'ugello è ad esempio 10 °C inferiore alla temperatura nelle impostazioni di stampa, potrebbe benissimo essere che lo strato di materiale di supporto PVA non scorre in modo ottimale nello strato del materiale di costruzione primario. Si vede spesso che la temperatura effettiva dell'ugello varia dalla temperatura di stampa impostata nel software di taglio.



Verificare che gli ugelli della stampante siano ben livellati e abbiano esattamente la stessa altezza, in modo che non vi sia alcuna "differenza di altezza" durante la stratificazione del materiale di supporto PVA sopra il materiale da costruzione primario.

Per verificare ciò, si consiglia di stampare in 3D una barra da 5 cm x 1 cm e di stampare ogni 1 o 2 strati con l'ugello sinistro e i seguenti da 1 a 2 strati con l'ugello destro e ripetere più volte questo processo. Se noti una stratificazione non perfetta, gli ugelli non vengono livellati correttamente. Ad esempio, questo processo può essere eseguito con PLA.

IMPOSTAZIONI DI STAMPA
Si consiglia una temperature del piano di stampa di 60 °C circa quando viene stampato come un materiale singolo. Se invece è utilizzato come materiale di supporto è possibile utilizzare la temperatura del piano di stampa richiesta dal filamento con cui viene accoppiato.
La temperatura dell'ugello più corretta deve essere compresa indicativamente tra 215 °C e 225 °C.
Per risultati ottimali si consiglia di utilizzare il raffreddamento con ventola con velocità al 50% almeno per i primi layer. Per aumentare l’adesione al piano, si consiglia di aumentare il flowrate (anche sino al 150-180%) al fine di creare una sovrapressione che permette quindi di “spingere” il materiale contro la superficie alla quale deve aderire.

IMPOSTAZIONI INDICATIVE DI ADESIONE AL PIANO
PVAcon PLA: Selezionare BRIM come metodo di adesione. L'opizione BRIM consente di stendere una leggera quantità aggiuntiva di filamento attorno al primo strato del pezzo, per assicurare una maggiore adesione al piano di stampa.
PVA con NYLON: Selezionare RAFT come metodo di adesione. Il RAFT consiste in un primo strato completo di materiale di supporto in modo che il pezzo non sia a contatto con il letto di stampa. Potrebbe essere più semplice rimuovere il RAFT dal piano di stampa leggermente caldo ( circa 40°C )

ADESIONE
Con gli accorgimenti di cui sopra il PVA dovrebbe aderire abbastanza bene al letto di stampa. Tuttavia se si dovesse incontrare difficoltà di adesione, si consiglia di applicare un sottile strato di colla vinilica ( diluita al 50% con acqua).
Seguire le tracce di indicazione stampa come segue:
PVA (singolo)
Temp. Ugello: 215-225 °C
Temperatura letto stampa: 60 °C
Metodo di adesione: PVA BRIM
Velocità di raffreddamento ventole: 50%

PVA con PLA
Temp. Ugello: 215-225 °C
Temperatura letto stampa: 60 °C
Metodo di adesione: PVA BRIM
Velocità di raffreddamento ventole: 50%

PVA con NYLON
Temp. Ugello: 215-225 °C
Temperatura letto stampa: 60 °C
Metodo di adesione: PVA RAFT
Velocità di raffreddamento ventole: 50%


COME DISSOLVERE IL PVA
Per dissolvere il PVA ed eliminarlo dall'oggetto stampato si consiglia di seguire i seguenti accorgimenti
Acqua tiepida
L'acqua leggermente calda riduce il tempo di dissoluzione. Pertanto assicurarsi che la temperatura dell'acqua non superi i 35 °C, altrimenti il PLA potrebbe lesionarsi. NON utilizzare mai acqua a temperatura superiore a 50 °C. IL tempo di scioglimento può superare anche le 24 ore.
Acqua corrente
Utilizzare acqua corrente diminuisce il tempo di dissoluzione, in alcuni casi anche sotto le 3 ore ( a seconda ovviamente della quantità di materiale di supporto utilizzato per la stampa)
Utilizzo di Pinze per la rimozione
E' possibile velocizzare ulteriormente il processo anche inserendo l'oggetto stampato con supporto PVA in acqua tiepida per circa 10 minuti. In seguito è possibile rimuovere gran parte dei supporti utilizzando delle pinze a becco. Quando tolto il “grosso” del materiale di supporto, reimmergere la stampa di nuovo in acqua, e solo le parti rimanenti potranno così dissolversi in un tempo più breve.
RISCIACQUARE IL PEZZO STAMPATO IN 3D
Una volta che tutte le operazioni di cui sopra sono state fatte, si consiglia di risciacquare sempre con acqua corrente il pezzo per pulirlo da eventuali impurità rimaste.
LASCIARE ASCIUGARE LA STAMPA 3D
Infine occorre lasciare che il pezzo pulito si asciughi completamente e poi, eventualmente procedere con le operazioni di POST-PROCESSING per il trattamento dell'oggetto stampato in 3D.
SMALTIMENTO DELL'ACQUA RESIDUA
Il PVA è un materiale BIODEGRADABILE AL 100% e quindi le acque di scarto possono essere smaltite direttamente nello scarico acque chiare, meglio se agganciato ad un impianto di depurazione acque a valle del sistema. In seguito fare scorrere per circa 30 secondi, dell'acqua calda dal rubinetto nel lavandino di scarico onde evitare possibili otturazioni.
Si consiglia di non utilizzare più l'acqua di scarto con il PVA disciolto in essa, in quanto potrebbe non essere idonea alla completa e perfetta diluizione di una parte successiva.

COME CONSERVARE IL PVA
Il PVA è un filamento per la stampa 3D comunemente utilizzato per creare strutture di supporto solubili in modo da facilitare la creazione di geometrie anche molto complesse.

TIPOLOGIE DI PVA
Esistono diversi tipi di filamento in PVA. Si parte con:

PVA IDROSOLUBILE: di fatto è quello che esiste da tempo sul mercato e non ha mai subito nessuna variazione di composizione. Di fatto è il materiale più “puro” nel senso che appunto è costituito in gran parte dalla sua materia prima originale in compound senza particolari additivi.

PVA ATLAS: PVA Atlas Support ™ by Formutura invece è una nuova tipologia di PVA più avanzato, realizzato al fine di legare al meglio con una vasta gamma di materiali termoplastici come il PLA, ABS, HIPS, TPE, TPU. PETG, ASA, ecc. PVA Atlas Support ™ è stato studiato per essere molto meno sensibile alla degradazione provocata dall'umidità, garantendo prestazioni anche nel lungo periodo di utilizzo, se conservato correttamente al riparto comunque dall'umidità e sigillato in modo corretto.
PVA Atlas Support ™ si pone quindi come la nuova generazione di materiali di supporto idrosolubili per la stampa FDM 3D. Atlas Support ™ è il risultato di una lunga ricerca per il miglioramento PVA che ha portato ad una formulazione unica dove numerose qualità di PVA sono stati miscelati in un unico filamento di supporto solubile in acqua di qualità fin'ora mai raggiunta.
Atlas Support ™ ha anche una migliorata stabilità termica rispetto al PVA "normale" e che assicura un processo di stampa molto più stabile in dual estrusion. Ugelli intasati a causa della doppia stampa di estrusione con PVA standard ora appartengono al passato.

Atlas Support ™ ha grande legame ad una grande varietà di materiali, come il PLA, ABS, PETG, ASA, HIPS, FlexiFil, ecc .. e ultimo, ma non meno importante, è molto meno sensibile alla degradazione dall'umidità. Questo rende Atlas Support ™ molto meglio e più a lungo conservabile. Atlas Support ™ è solubile in acqua fredda ed è 100% biodegradabile una volta disciolto in acqua.


PVA HELIOS  SUPPORT HIGH TEMP: è un materiale PVA solubile in acqua "resistente ad alta temperatura", concepito come materiale di supporto per la stampa 3D a doppia estrusione in combinazione con materiali tecnici che richiedono di essere stampati a temperature più elevate e / o in camere riscaldate.


PVA HELIOS SUPPORT HIGH TEMP può essere stampato a temperature degli ugelli fino a 250 ° C senza il rischio di crosslinking e ostruzione degli ugelli e aderisce molto bene a materiali a base di stirene come ABS, Gomma, ASA, PLA, Polipropilene, Polietilene, Copoliesteri.

HELIOS PVA SUPPORT HIGH TEMP si dissolve leggermente più lentamente in acqua rispetto al PVA normale, ma il processo di dissoluzione può essere velocizzato quando si utilizza acqua calda a 60 Gradi Celsius e circolante.

CARATTERISTICHE HELIOS PVA SUPPORT HIGH TEMP

Può essere stampato a temperature dell'ugello fino a 250 ° C
Nessun rischio di cross linking e ostruzione degli ugelli
Migliorato comportamento di scorrimento del filamento
Può essere stampato in camere riscaldate fino a 60 ° C
Eccellente aderenza ad ABS, Gomma, ASA, PLA, Polipropilene, Polietilene, Copoliesteri.
Eccellente solubilità in acqua calda circolata
Completamente biodegradabile una volta disciolto in acqua

Densità: 1,19 g/cc


PVA LAY-A-PVA: Il nuovo filamento di supporto chiamato LAYaPVA, presenta alti livelli di viscosità di stampa e si stampa in 3D a circa 230 gradi Celsius. Un materiale che rimane stabile durante lunghi periodi di cambio utensili e quindi adatto a macchine con bracci multipli come frese, bracci supplementari per strumenti utensili ecc.ecc.. E' anche molto stabile termicamente e si scioglie facilmente in acqua.


PVA HIGH-T-LAY: trattasi di un filamento che è destinato ad essere utilizzato come supporto a stampe 3D in ambienti caldi di volume di costruzione chiuso (a circa 100 gradi Celsius di temperatura interna).
Si pone come sostituzione ideale per l'HIPS e del limonene, si stampa a circa 240 gradi Celsius e aderisce perfettamente ad altri materiali come ABS, POM, PC, PLA e altri filamenti comuni. HIGH-T-LAY si scioglie in acqua rapidamente, lasciando solo un residuo che può essere facilmente rimosso con una spazzola.

PVA ETIL-LAY: Questo particolare PVA è molto interessante perchè, a differenza di tutti gli altri PVA è solubile in alcool - ETANOLO.
Questo speciale tipo di filamento di supporto è un filamento molto innovativo perchè diverso da tutti gli altri per un motivo importante: si scioglie in alcool.

Il materiale prende infatti il nome di Etil-LAY e scioglie solo in alcool (spirito). Questo è vantaggioso per gli oggetti stampati che non devono e non possono venire a contatto con l'acqua.
E' perfetto per progetti che coinvolgono le stampe con filamenti di tipo bio-sensibile e può essere facilmente 3D stampato su una piattaforma di costruzione non riscaldata. Inoltre non richiede una
temperatura molto elevata (solo circa 165 gradi Celsius), per cui il suo calore non influenzerà la stampa dell'oggetto finale. Come gli altri tre filamenti solubili, è una scelta perfetta per quei
progetti insoliti che richiedono particolari specifiche di stampa 3D.


PVA LAY-Cloud: di fatto è un filamento di supporto stampe 3D espressamente dedicato per
essere utilizzato
per stampare oggetti flessibili e quindi molto indicato per il supporto al TPE-TPU-TPC-FPE.

LAY-CLOUD si stampa in 3D a circa 240 gradi Celsius ed ha la migliore aderenza con tutti i tipi di filamenti a base poliuretanica (gommosi). E 'anche molto facile da rimuovere, basta immergere la stampa in acqua ed il lay-CLOUD si soglie in un residuo soffice con nuvole di cotone.

NOTE SULLA STAMPABILITA' DEL PVA

Sommariamente possiamo dire che il PVA non è esente da problemi e difetti legati alla sua stampabilità e capacità di formare davvero un giusto sostegno all'oggetto in stampa 3D
La sua semplicità di dissolversi in acqua, non è purtroppo supportata da altri elementi di considerazione affatto trascurabili.
E' vero che si scioglie in acqua e può venire facilmente rimosso anche se solo ammorbidito e con l'aiuto di un utensile ma è anche piuttosto costoso.
Soffre di una estrema igroscopicità ed una volta aperta la bobina, il materiale tende a diventare molto appiccicoso e si degrada in un tempo veloce quanto più umidità è presente nell'ambiente. La sua vita in ambiente normale, anche se non molto umido, va da pochi giorni o poche ore, a seconda appunto dell’umidità presente.
Non è propriamente facile farlo aderire al materiale di costruzione e può rendersi necessario l'uso di speciali strutture di supporto a nido d'ape.
Infine, nel caso lo si stampi a temperatura eccessiva, oppure lo si lasci a lungo all'interno dell'estrusore senza aver effettuato uno spurgo, tende a formare residui che intasano l’ugello, a volte in modo irreversibile. E' quindi d'uopo, fare molta attenzione alla temperatura di estrusione ed anche alla taratura della macchina a doppio ugello che è davvero la chiave di volta per riuscire a stampare in modo corretto questo tipo di filamento. FILOPRINT consiglia PVA ATLAS come prima prova dell'uso di tipologie di filamenti di supporto idrosolubili perché prodotto con specifiche particolari e quindi capace di essere più "plasmabile" e più facilmente stampabile anche con macchine non particolarmente performanti. Siamo riusci a stampare con risoluzioni fino a 0,1 mm senza particolari problemi anche con macchine stile PRUSA.
ALTERNATIVE AL PVA – FILAMENTO DI SUPPORTO HIPS
Una valida alternativa al PVA potrebbe esssere il suo antagonista da sempre il famoso HIPS.
L’HIPS (High Impact PolyStyrene) è un polistirene antiurto, ottenuto dalla miscelazione di gomma SBR con comune polistirene. Dalla sua possiede alcune caratteristiche non indifferenti: la prima è che può essere utilizzato anche come filamento di costruzione e non solo come supporto. Ha un elevato grado di finitura estetica opaca ed è resistente agli urti oltre che poco costoso.
HIPS si scioglie nel D-LIMONENE un solvente liquido a base di idrocarburi, ottenuto da lavorazioni industriali degli agrumi, da qui il suo nome caratteristico perchè odorante di limone, dalla cui buccia esterna viene estratto. Come per il PVA, si devono attendere tempi piuttosto lunghi (24-30 ore) per la sua completa azione di sciogliemento sull'HIPS.
Per contro l’HIPS è un filamento poco costoso. Non è particolarmente igroscopico e si riesce a conservare bene anche per lunghi periodi.
Non tende ad intasare l’estrusore ed è di facile stampabilita (si consiglia l'uso di un piano riscaldato). Tuttavia non ha problemi di adesione ne di deformazione e/o distacco dal pezzo così evidenti come il PVA. Dalla sua ha anche il fatto che aderisce piuttosto bene a molti materiali di stampa senza dover essere modificato nella sua struttura.
Purtroppo c'è una nota dolente. Il suo materiale di "scioglimento" Il D-Lemonene è piuttosto costoso (circa 25-30€ / litro) e se si deposita molto HIPS per il supporto ad oggetti piuttosto grandi a volte, il tempo necessario al suo scioglimento completo, può deteriorare alcune tipologie di filamenti in ABS
NON è biodegradabile e quindi NON può essere smaltito nel lavandino.
Nell’insieme, il bilancio tra pro e contro sembra migliore di quello del PVA-Acqua. Quantomeno, il valido HIPS può entrare a far parte dei filamenti che comunemente utilizziamo per la stampa; per usarlo come occasionale materiale di supporto è sufficiente tenere una scorta di D-Lemonene (che si conserva a lungo) e che può essere usato alla bisogna per scioglierlo.
FILAMENTO POLYSUPPORT by POLYMAKER
Un altro interessante tipo di filamento "alternativo" di supporto è il POLYSUPPORT  Si tratta di un materiale sufficientemente robusto da poter supportare la struttura che va a sostenere, ma può essere facilmente strappato a mano, senza l'uso di acqua o solventi vari. Non sono necessari utensili per tirarlo via dal pezzo che supporta perché appunto non aderisce alla sua superficie. Questo è un vantaggio perché di fatto, la superficie del modello non viene danneggiata dalla sua rimozione.
Una volta aperta la bobina risulta avere una lunga durata perché non attaccabile dall'umidità dell'aria. Basta solo seguire gli accorgimenti soliti di un semplice PLA.
Una sua notevole particolarità è indicata nel fatto che può essere utilizzato per supportare filamenti elastomerici come TPU/TPE/TPC/FPE. E’ particolarmente facile da stampare e soprattutto, una volta terminata la stampa, la sua rimozione può avvenire in pochi minuti semplicemente tirandolo via dalle superifici del pezzo con il solo ausilio delle dita.

E' facile da stampare come un qualsiasi PLA e non richiede necessariamente un piano riscaldato. Per contro non è raccomandato per la stampa di supporto con ABS

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