PVA – Für komplizierte Drucke und schöne Unterseiten

 

Ein optimaler 3D Druck benötigt ein zuverlässiges Supportmaterial, das den Anwender Überhänge, Brücken, weiter oben beginnende Objekt-Teile und Konturen perfekt drucken lässt. Diesen Zweck erfüllt PVA Filament, das aus dem thermoplastischen Kunststoff Polyvinylalkohol besteht. Das elastische PVA ist jedoch kein Material, um daraus Objekte zu drucken. Es ist hingegen beim 3D-Druck nur als wasserlösliches Stützmaterial für komplexe Objekte aus einem Material mit ähnlichem Schmelzpunkt (üblicherweise PLA) gedacht.

PVA – Perfektes Supportmaterial für diffizile 3D Drucke

Die Produktpalette thermoplastischer Polymere wie ABS und PLA erfährt durch Polyvinylalkohol, kurz PVA, eine hochwertige Erweiterung. PVA wird als gelbes oder weißes Pulver durch Hydrolyse (Verseifung) aus Polyvinylacetat hergestellt. Es kommt beispielsweise in Klebestiften oder in Schutzbeuteln, die sich in Wasser auflösen (Spülmaschinen-Tabs, Wäschebeutel) zum Einsatz. Seine Wasserlöslichkeit und sein Schmelzpunkt macht PVA als Supportmaterial für PLA und andere 3D-Druckmaterialien in diesem Temperaturbereich (z.B. TPE) attraktiv. Es gibt sogar Anwender, die es zusammen mit Niedrigtemperatur-Nylons verwenden, aber dies ist ziemlich problematisch und nur etwas für Experimentierfreudige. Denn PVA wird durch Wasser aufgelöst, aber Nylon absorbiert ebenfalls Wasser. Für ABS, PETG und andere Materialien, die deutlich über dem Temperaturbereich von PVA liegen, ist hingegen HIPS als Stützstruktur-Material empfehlenswert. Dieses ist zwar nicht in Wasser, aber dafür in Limonen, einem aus Zitrusschalen gewonnenen Terpen, löslich.

PVA zeichnet sich durch eine optimale Schichtbildung, Haftkraft und Emulgierfähigkeit aus. Dies sind Eigenschaften, die alle Anforderungen an ein zuverlässiges Stützmaterial für andere Kunststoffe erfüllen. Der Druck haftet perfekt auf PVA, das letztendlich nichts anderes ist als das Material, aus dem Klebestifte sind. Das Filament garantiert deshalb sehr gute Druckergebnisse auch bei komplizierten Objekten. PVA ist primär für saubere Unterseiten, auch Brücken und Überhänge gut, die mit Stützstrukturen aus dem Objekt-Druckmaterial immer suboptimal aussehen. Für komplexe Objekte, bei denen man die Stützstrukturen nicht entfernen kann, weil man sie nicht erreicht (z.B. eine hohle gebogene Röhre oder ein unzugänglicher Hohlraum), ist PVA-Druck sogar die einzig mögliche Option.

Zugfestigkeit und Flexibilität von PVA Filament sind abhängig von der Luftfeuchtigkeit. Da Wasser auf Polyvinylalkohol als Weichmacher wirkt, verliert PVA bei steigender Luftfeuchtigkeit an Zugfestigkeit, gewinnt allerdings an Elastizität. Der Kunststoff ist beständig gegenüber Fetten, organischen Lösungsmitteln und Ölen.

Besonderheiten von PVA Filament im Überblick

  • wasserlösliches, daher ideales Supportmaterial, bedarf jedoch sorgfältiger Lagerung
  • beständig gegenüber Fetten, Ölen und organischen Lösungsmitteln
  • überdurchschnittlich gute Schichtbildung, Adhäsion und Emulgierfähigheit
  • leichte Geruchsentwicklung beim Drucken
  • als Filament gelbliche Farbe, elastisch
  • biologisch abbaubar
  • gute Bindung an PLA (Polylactide = Polymilchsäuren)
  • sehr leicht zu verarbeiten
  • Verarbeitung erfordert mindestens einen Dual Extruder
  • erfordert staub-, wasser- und lichtgeschützte Aufbewahrung
  • angeboten in Standardstärke von 1,75 und 3,0 (2,85) Millimetern
  • Rollengröße meist 500 Gramm (zuzüglich 150 Gramm Rollengewicht)
Es gibt insgesamt 1336 Produkte in unserem Shop.
Durchmesser1,75mm, 2,85 / 3mm
Gewichte1g - 100g, 101g - 500g, 501g - 1000g, 1001g - 2000g, 2001g - 8000g

Die Verarbeitung von PVA Filament im 3D Drucker

PVA ist relativ leicht zu verarbeiten, dennoch verdienen einige Besonderheiten sorgfältige Beachtung. Als Supportmaterial benötigt PVA zuallererst einen Drucker, der mit mindestens zwei Extrudern ausgerüstet ist. Diese müssen innerhalb eines Drucks zwei oder mehr verschiedene Filamente gleichzeitig extrudieren können. Für einen händischen Materialwechsel in einem Ein-Extruder-Drucker eignet sich PVA leider nicht. Auch mehrfarbige Drucker mit 3 oder mehr Farben können statt einer Farbe PVA als optionales Zusatzmaterial nutzen und so z.B. ein zweifarbiges Objekt mit PVA in einem 3-Farb-Drucker erstellen.

Das Filament aus PVA wird in den Stärken von 1,75 und 2,85 (der Einfachheit halber gerne auf 3 aufgerundet) Millimetern angeboten. Für den Druck wird ein Filament in der Stärke benötigt, die dem Durchmesser des Hotends des Druckers entspricht. Als Hotend wird der Teil eines Extruders bezeichnet, in dem das Filament geschmolzen wird. Die Düse (engl. „Nozzle“) des Hotends trägt dann das flüssige Material auf.

PVA-Druckparameter

Je nach PVA sind Temperaturen von 180-225°C nötig. Da PVA schnell kocht oder verbrennt, kann dies die Spitze verstopfen. Deshalb sollte man wenn möglich eher am unteren Ende des vom PVA-Hersteller angegebenen Temperaturbereichs bleiben, am besten unter 200 Grad. Beim Druck bitte auch darauf achten, dass der heisse Extruder nicht zu lange untätig bleibt, da dies ebenfalls zum Verbrennen des Filaments führen kann.

PVA sollte aufgrund seiner doch recht hohen Elastizität nicht zu schnell gedruckt werden (25-55mm/s, ähnlich wie TPE). Die Druckgeschwindigkeit von Support-Strukturen lässt sich glücklicherweise in allen Slicern gesondert einstellen. Es haftet auf Glas (mit Klebestift), Blue Tape/Malerkrepp, Kapton-Band (mit Klebestift) und PEI. Ein zusätzliches Heizbett ist bei der Benutzung von PVA nicht zwingend notwendig. Es kann die Haftung je nach Untergrund jedoch verbessern. Empfohlen wird dann eine Heizbett-Temperatur von 60 bis 90°C- genau wie bei PLA.

Der Lüfter sollte am besten mit 10 – 50% laufen. Aufgrund der Elastizität gibt es keine Probleme mit Schrumpfung, deshalb ist eine Klima-Kammer für PVA nicht nötig.

Entfernen der PVA-Stützstruktur

Nach dem Druck wird das 3D-Objekt in ein am besten warmes Wasserbad (z.B. Eimer) gelegt, um es von den Stützstrukturen zu befreien. Vorsicht: Das Wasser sollte nicht zu warm sein, da PLA sonst weich wird. Maximal Badetemperatur! Dann gilt es 1-2 Stunden abzuwarten, bis sich das PVA (auf)gelöst hat und eventuelle Reste ohne großen Krafteinsatz vom Objekt entfernt werden können. Nach dem Druck kann man das Wasser mit dem gelösten PVA ins Klo oder den Abguss kippen, denn es ist ungiftig und biologisch abbaubar. Man sollte allerdings ordentlich nachspülen, damit auch sicher keine Rohre verklumpen. Am besten nicht zuviel auf einmal wegkippen, größere Mengen besser in mehreren Schüben entsorgen.

Teures PVA sparen mit Slicer-Trick

Da PVA deutlich teurer ist als PLA, unterstützen einige Slicer einen Trick: Sie drucken nur den Teil direkt unter dem Druckobjekt („interface layers“) in PVA und den Rest der Stützstrukturen mit dem viel günstigeren PLA. Diese Möglichkeit bietet z.B. die Slic3r Prusa Edition. Wenn dieser Ansatz bei dem zu druckenden Objekt möglich ist, sollte man dies nutzen. Denn PLA-Stützstrukturen sind nicht nur günstiger, sie drucken auch schneller. Nur für Objekte, aus denen man die Stützstrukturen nur verflüssigt herausbekommt empfiehlt es sich, alle Stützstrukturen aus PVA zu drucken. Beispiele dafür wären eine Kugel mit Stützstrukturen darunter in einem Hohlraum mit einem zu kleinen Loch (z.B. Trillerpfeife oder Kugellager) oder eine gebogene Röhre.

Die Lagerung von PVA Filament

Die bei der Verwendung als Supportmaterial so nützliche Wasserlöslichkeit von Polyvinylalkohol erweist sich als Nachteil bei der Lagerung des Kunststoffes. Da PVA nicht nur wasser-, sondern auch staubempfindlich ist, empfiehlt es sich, das Filament nach Beendigung des Druckprozesses umgehend aus dem Extruder zu entfernen. Danach ist eine staub-, wasser- und lichtgeschützte Aufbewahrung in luftdicht verschlossenen Behältern mit Anti-Kondensationsbeutel angebracht, denn sonst zieht PVA Wasser aus der Umgebungsluft (Hygroskopie) und lässt sich nicht mehr gut drucken.

Daten & Fakten für PVA

Chemische Bezeichnung Polyvinyl-Alkohol
Druckgeschwindigkeit 25-55 mm/s
Dichte 1,2 - 1,3 g/cm3
Schmelztemperatur 180 - 225°C
Heizbett-Temperatur 60 - 90°C
Lüfter 10 - 50%
Glasübergangstemperatur 85 - 90°C
Zugfestigkeit ca. 22 MPa
Zugdehnung ca. 360%