با فیلامنت PVA آشنا شوید

در بخش چاپ سه بعدی، فیلامنت سه بعدی PVA (پلی وینیل الکل) یک خانواده بسیار مهم از مواد است. حلالیت در آب آن بسیار ارزشمند است زیرا اجازه می دهد تا داربست های پشتیبان روی دستگاه های اکسترودر دوتایی/چندین چاپ شوند و بعداً به راحتی حذف شوند. PVA چندین ویژگی مفید را ارائه می دهد که آن را به عنوان یک ماده پشتیبانی تقریباً کامل می کند. این موارد عبارتند از: حلالیت بالا در آب، چسبندگی بالا در حالت ذوب و محدوده دمای چاپ 180-210 درجه سانتیگراد.

PVA اولین بار توسط Fritz Klatte تولید شد و در سال 1912 در آلمان ثبت اختراع شد. تجاری سازی اولیه در ژاپن در اواخر دهه 1930 با شرکت Kuraray که الیاف Vinylon و Kuralon ارزان قیمت تولید می کرد، رخ داد. اینها در سطوح مختلف نامحلول بودند و هر کدام با کاربرد متفاوتی مطابقت دارند. برخی از الیاف PVA برای اصلاح بتن، تقویت لاستیک، یا فعال کردن فایبرگلاس برای مقاومت بهتر در برابر ضربه و انقباض ساخته شده اند.

شکل اصلی PVA پودر است. فیلامنت پرینتر سه بعدی از ذوب و اکسترود کردن آن ماده اولیه تشکیل می شود. این فیلامنت از نظر خواص بسیار یکنواخت است و در بسته بندی هایی به فروش می رسد که از قرار گرفتن در معرض رطوبت جوی جلوگیری می کند. چنین قرار گرفتن در معرض مواد را تخریب می کند و رول های فیلامنت را به یک توده نرم تبدیل می کند. در این مقاله فیلامنت چاپ سه بعدی PVA بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت و ترکیب، خواص و تنظیمات پرینتر سه بعدی توصیه شده بررسی خواهد شد.

پرینت سه بعدی PVA چیست؟

در قلمرو چاپ سه بعدی، PVA تنها برای ساخت داربست های پشتیبانی استفاده می شود. این برای پشتیبانی از ساختارهایی است که در غیر این صورت چاپ غیرممکن یا غیرممکن است. پس از اتمام چاپ، ساپورت ها می توانند شسته شوند. تکیه گاه های PVA توسط یک اکسترودر دوم اکسترود می شوند اما در غیر این صورت دقیقاً به همان روشی که مواد اولیه قطعه ساخته می شوند ساخته می شوند.

ترکیب فیلامنت PVA چیست؟

فیلامنت معمولی چاپ سه بعدی PVA موجود در آمازون یا PVA خالص (پلی وینیل الکل) از یک منبع واحد یا ترکیبی از چندین ماده PVA است. این مواد PVA برای دستیابی به تعادل مناسب از چسبندگی، استحکام، حلالیت در آب و ویژگی‌های جریان مذاب طراحی شده‌اند. PVA یک پلیمر مصنوعی است که از هیدرولیز پلی وینیل استات با فرمول نامی [CH2CH(OH)]n بدست می آید.

فیلامنت برای چاپ سه بعدی در قطرهای مختلف عرضه می شود، اما از نظر شیمیایی PVA خالص بدون هیچ گونه افزودنی و کوپلیمری به غیر از عوامل رنگی است. برخی از تغییرات در وزن مولکولی بین تولید کنندگان طبیعی است – بر اساس مقدار n در فرمول شیمیایی متفاوت است. این تغییر در وزن مولکولی بر دما و چگالی مذاب تأثیر می‌گذارد، بنابراین فیلامنت PVA Esun ممکن است دقیقاً همان ویژگی‌های فیلامنت PVA Flashforge را نداشته باشد .

فیلامنت PVA چه ویژگی هایی دارد؟

برخی از خواص مطلوب فیلامنت PVA عبارتند از:

سفید در ظاهر (مگر اینکه با افزودن رنگ شده باشد).
نیمه شفاف.
مقاوم در برابر حلال ها و روغن های آلی.
بسیار محلول در آب، بسته به درجه هیدرولیز در ساخت و وزن مولکولی آن.
در مقایسه با بسیاری از پلیمرهای مورد استفاده در چاپ سه بعدی، از نظر استحکام کششی دارای امتیاز بالایی است.
انعطاف پذیرتر و مقاوم تر از بسیاری از پلیمرهای دیگر.

مقایسه خواص فیلامنت PVA

مقایسه خواص فیلامنت PVA با HIPS (پلی استایرن با ضربه بالا) و ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن) در جدول 1 زیر نشان داده شده است:

جدول 1: مقایسه PVA در مقابل HIPS در مقابل ABS

ویژگی	PVA	HIPS	ABS
قدرت نهایی	78 مگا پاسکال	32 مگا پاسکال	40 مگا پاسکال
سفتی، سختی	کم	بالا	در حد متوسط
ماندگاری	کاملا بالا	بالا	کاملا بالا
حداکثر دمای سرویس	75 درجه سانتی گراد	100 درجه سانتی گراد	98 درجه سانتی گراد
انبساط حرارتی	کاملا بالا	کاملا بالا	بالا
تراکم	1.23 گرم بر سانتی متر مکعب	1.03 – 1.04 گرم بر سانتی متر مکعب	1.04 گرم بر سانتی متر مکعب
قیمت نسبی (این گروه)	بالا	در حد متوسط	کم
قابلیت چاپ نسبی	کاملا فقیر	در حد متوسط	بسیار خوب
دمای اکسترودر	185 – 200 درجه سانتیگراد	230 – 245 درجه سانتیگراد	220 – 250 درجه سانتیگراد
هیگروسکوپیک	خیلی بالا	خیلی کم	خیلی کم
انحلال پذیری	در آب گرم بسیار حل می شود	بسیار محلول در D-Limonene	حلالیت مربوطه وجود ندارد

محدودیت های چاپ سه بعدی با PVA چیست؟

PVA یک ماده چاپ نسبتاً خوب در طول فرآیند چاپ است. از PLA (اسید پلی لاکتیک) بادوام تر، قوی تر و مقاوم تر در برابر دما است. با این حال، مدل های ساخته شده از PVA عمر مفید کوتاهی دارند. در شرایط عادی، رطوبت را جذب می‌کنند، متورم می‌شوند و خیلی زودتر و به میزان بیشتری نسبت به چاپ‌های PLA نرم می‌شوند. اما در شرایط خشک، PVA می تواند یک مصالح ساختمانی مفید باشد. برای مواد پشتیبانی، متأسفانه PVA بسیار گران است. همچنین فقط با مواد مدل خاصی که دمای ذوب مشابهی دارند سازگار است.

چرا PVA در پرینت سه بعدی استفاده می شود؟

ماهیت محلول PVA آن را به گزینه ای ایده آل برای داربست هایی تبدیل می کند که از ویژگی های آویزان پشتیبانی می کنند. یک مزیت دیگر این است که PVA به خوبی به مواد ساختمانی می چسبد و امکان چاپ دقیق و بدون افتادگی را فراهم می کند.

این راهنما ممکن است برایتان کارآمد باشد: کدام فیلامنت را برای پرینتر سه بعدی انتخاب کنم؟

نحوه استفاده از PVA در پرینت سه بعدی

برای به دست آوردن نتایج خوب در چاپ با استفاده از فیلامنت PVA، در اینجا موارد مفیدی وجود دارد که باید به خاطر بسپارید:

PVA را در شرایط خشک نگهداری کنید. اگر رطوبت را جذب کرده است، آن را بین 45-55 درجه سانتیگراد گرم کنید و حداقل یک ساعت قبل از چاپ در آن دما نگه دارید.
در حین چاپ از محافظ تراوش استفاده کنید یا دیوار را پاک کنید. استفاده از محافظ تراوش، پرایمینگ خوب اکسترودر را تضمین می کند و از چسبیدن رزوه ها و رزوه ها به ساختار و تداخل بالقوه با لایه های بعدی جلوگیری می کند.
از چگالی 30% در ویژگی های پشتیبانی و 70-100% چگالی در لایه های رابط مدل به عنوان مقادیر شروع استفاده کنید.
تنظیم فاصله جداسازی بالایی روی لایه های صفر باعث چاپ دقیق تر و کیفیت سطح بهتر می شود.
برای حل کردن فیلامنت PVA، تمام قسمت را در آب گرم غوطه ور کنید و پس از نرم شدن کامل باقیمانده ها را بشویید.

بهترین تنظیمات پیکربندی برای چاپ سه بعدی PVA چیست؟

در جدول 2 زیر، تنظیمات پیکربندی توصیه شده برای PVA آمده است:

جدول 2. تنظیمات چاپگر سه بعدی PVA

تنظیمات چاپگر	ارزش
دمای نازل	215–225 ˚C – با سازنده متفاوت است
دمای میز گرم	45-60 ˚C، در چاپگر خود اعتبارسنجی و تنظیم کنید
سرعت چاپ	30 میلی متر بر ثانیه
سرعت فن اکسترودر	50٪، چاپ خود را ارزیابی کرده و تنظیم کنید
سرعت عقب نشینی	40 میلی متر بر ثانیه
فاصله انقباض	5 میلی متر
جریان رشته	25-30 میلی متر بر ثانیه برای نازل 0.4 میلی متری
ارتفاع لایه	50٪ قطر نازل، در صورت نیاز تنظیم کنید
تخت چاپ	شیشه، با یک لایه چوب چسب (Magigoo)
محفظه گرم	خاموش است مگر اینکه برای مصالح ساختمانی مورد نیاز باشد

ضخامت دیوار خوب برای چاپ سه بعدی PVA چیست؟

حداقل ضخامت دیواره بستگی به قطر اکسترودر دارد. یک دیوار تک لایه در هیچ ارتفاع یا طول قابل توجهی پایدار نخواهد بود، بنابراین برای پایداری اساسی، دیوار باید حداقل 2 لایه ضخامت داشته باشد. با یک نازل 0.4 میلی متری، حداقل دیواره های 0.8 میلی متری، هر چند 3 لایه (1.2 میلی متر) به طور قابل توجهی پایدارتر خواهند بود.

چگالی دیوار خوب برای چاپ سه بعدی PVA چیست؟

یک راهنمای کلی این است که هنگام پرینت سه بعدی PVA از حدود 50 درصد تراکم پر کردن شروع کنید. استفاده از تراکم های پرکننده کمتر از 20 درصد به ندرت اتفاق می افتد زیرا این کار استحکام کمی به قطعه می بخشد. 75% را حداکثر در نظر بگیرید – مواد بیشتر از آن هزینه را اضافه می کند اما برای استحکام کمی کار می کند.

درباره مهندسی پلاستیک بیشتر بدانید.

آیا PVA سمی است؟

خیر، فیلامنت PVA معمولی سمی نیست. از آن برای ایمپلنت های جراحی خود حل شونده مانند استنت های شریانی و به عنوان یک تایمر بایندر و آهسته رهش در سیستم های دارورسانی استفاده می شود. این ماده بی ضرر است و پس از هیدرولیز شدن، به محصولات جانبی تجزیه می شود که هیچ خطری برای سمیت ندارند.

آیا PVA محلول در آب است؟

بله، PVA بسیار محلول در آب است. این ماده به عنوان یک چسب برای قرص ها و یک عامل کپسوله کننده آهسته رهش برای برخی داروها، اعم از خوراکی و کاشته ای استفاده می شود.

آیا PVA زیست تخریب پذیر است؟

بله، PVA زیست تخریب پذیر است. به سرعت در محیط پخش می شود و محصولات جانبی محلول آن مواد مغذی را برای طیف وسیعی از باکتری ها و قارچ ها فراهم می کند.

آیا PVA قابل بازیافت است؟

PVA اغلب به عنوان قابل بازیافت ذکر می شود. این قابلیت ذوب مجدد و استفاده مجدد را دارد، اگرچه دیدن مقادیری که چنین فرآیندی را به تنهایی برای PVA توجیه می کند غیرعادی است. اگر در ضایعات پلیمری ترموپلاستیک مخلوط وجود داشته باشد، علیرغم حلالیت در آب، اثرات نامطلوبی بر ماده حاصل نخواهد داشت. با پلیمرهای دیگر قابل اختلاط است و احتمالاً فقط در نسبت‌های کوچک وجود خواهد داشت.

آیا PVA هیدروسکوپی است؟

بله، PVA بسیار رطوبت سنجی است. این ویژگی باعث مشکلات ذخیره سازی می شود اما اجازه می دهد تا فیلامنت های چاپگر در آب حل شوند. با اضافه شدن آب بیشتر، این ماده یک هیدروژل تشکیل می دهد که کاربردهای صنعتی و تجاری زیادی دارد.

تفاوت بین PVA و PLA در چاپ سه بعدی چیست؟

PLA (اسید پلی لاکتیک) یک پلیمر مشتق شده از مواد گیاهی است که به طور گسترده برای کاربردهای پرینت سه بعدی کم استرس استفاده می شود. نسبتا ضعیف، شکننده است و در برابر سایش مقاومت نمی کند، اما در دماهای پایین به خوبی چاپ می شود و دقت ابعادی متوسط و کیفیت سطح خوبی را در مدل های FDM/FFF ارائه می دهد. PLA برای ایجاد قطعات مصرف نهایی استفاده می شود در حالی که PVA تقریباً منحصراً به عنوان مواد داربست پشتیبانی عمل می کند که می تواند در پایان چاپ شسته شود. مطلب تصادفی: راهنمای کامل کامپوزیت های چاپ سه بعدی

تفاوت بین PVA و HIPS در پرینت سه بعدی چیست؟

HIPS (پلی استایرن با ضربه بالا) یک پلیمر با مقاومت متوسط و مقاوم در برابر سایش است که برای چاپ داربست های پشتیبانی شکسته استفاده می شود. نسبتاً قوی و ارتجاعی است اما به سایر پلیمرها پیوند ضعیفی دارد. این ویژگی باعث می شود که پشتیبانی های HIPS به راحتی از مدل جدا شوند. ممکن است چاپ آن سخت باشد و به دمایی تا 50 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای معمولی فیلامنت PVA نیاز دارد. در مقابل PVA دارای قدرت متوسط و محلول در آب است.

تفاوت بین PVA و PETG در چاپ سه بعدی چیست؟

PETG یک ماده ساختمانی محبوب و نسبتاً آسان برای چاپ است که قوی، انعطاف پذیر، مقاوم در برابر سایش و ارزان است. این در طیف گسترده ای از رنگ ها موجود است و افزودنی ها و اصلاح کننده های مختلفی را می پذیرد. دمای چاپ آن 230-250 درجه سانتیگراد است و چاپ با آن نسبتا آسان است. PVA می تواند به عنوان یک ماده پشتیبانی برای PETG استفاده شود.