Informationen zur Verwendung von PVA im 3D Druck

Der Kunststoff PVA

PVA (Polyvinylalkohol). Polyvinyalkohol (auch PVAL oder PVOH) ist ein thermoplastischer Kunststoff, der durch alkalische Verseifung von Polyvinylacetat gewonnen wird. Der Begriff Verseifung oder Hydrolyse bedeutet eine Spaltung einer chemischen Verbindung durch Reaktion mit Wasser.  Das wasserlösliche Stützmaterial ist besonders für den Druck von PLA geeignet. Polyvinylalkohol ist hervorragend schichtbildend, emulgierend und adhäsiv.

Es besitzt eine hohe Zugfestigkeit und Flexibilität. Diese Eigenschaften sind abhängig von der Luftfeuchtigkeit, da der Kunststoff Wasser aufnimmt. Dabei wirkt das Wasser als Weichmacher. PVA verliert bei hoher Luftfeuchtigkeit an Zugfestigkeit, gewinnt allerdings an Elastizität. Die Schmelztemperatur liegt im Bereich von 160 – 170°C Die Drucktemperatur liegt bei 190 - 230 °C (abhängig vom Hydrolysegrad), die Glasübergangstemperatur bei 85 °C für vollständig hydrolysierte Formen. PVA ist beständig gegenüber Ölen, Fetten und organischen Lösungsmitteln. Das Polymer findet breite Anwendung als wasserlösliches Verpackungsmaterial, Klebstoff, Textilfaser und in vielen weiteren Produkten. Polyvinylacetat als Vorprodukt kann in Form von Dispersionen leicht ins Abwasser gelangen, ist aber nicht toxisch. Jedoch wird es im wässrigen Milieu nur schlecht abgebaut. Die Aufbereitung dispersionshaltiger Abwässer in Kläranlagen ist in der Regel kein Problem, sie sind leicht auszufällen und lagern sich im Klärschlamm ab, mit dem sie dann entsorgt werden.

PVA Eigenschaften

• Als Stützmaterial vorzugsweise für PLA, aber auch für Polyamid; wasserlöslich
• PVA- Filamente sind leicht zu verdrucken
• Frei schwebende Strukturen oder Überhänge können sauber gedruckt werden
• Stützstrukturen lassen sich rückstandsfrei entfernen

Drucken mit PVA- Filamenten

Bereits geringe Mengen an Wasser beeinflussen die Eigenschaften von PVA- Filamenten. Legt gedruckte Objekte für eine längere Zeit in kaltes Wasser, so löst sich der PVA- Aufbau vollkommen auf. Bei höheren Wassertemperaturen löst sich das Polymer schneller auf. Im 3D- Druck können somit komplizierte Strukturen (z.B. Hinterschnitte oder bewegliche Bauteile im Bauteil) hergestellt werden. Voraussetzung ist dafür ein 3D- Drucker mit zwei Extrudern bzw. zwei Düsen. Mit dem einen Extruder kann das eigentliche Objekt gedruckt werden und dem zweiten die notwendige Stützstruktur mit dem PVA Filament erzeugt werden. Das so hergestellte 3D- Druck- Objekt wird in Wasser gelegt, so dass das wasserlösliche Polymer ausgewaschen werden kann. Die entstehende Lösung kann über das Abwasser in einer normalen Kläranlage entsorgt werden.

PVA- Filamente werden mit den gleichen Eistellungen wie PLA gedruckt. Die Dichte variiert je nach Hydrolysegrad im Bereich von 1,19–1,31 g/cm³. Die Drucktemperatur liegt im Bereich von 190 und 228 °C. Die Glastemperatur liegt bei 85 °C. PVA- Filamente müssen auf Grund der hygroskopischen Eigenschaften vor Feuchtigkeitsaufnahme geschützt werden. Am besten lagert man die Filamente in einer Kunststoffbox.

Die Verarbeitungstemperaturen für PVA- Filamente unterschiedlicher Hersteller schwanken in gewissen Grenzen und werden unter anderem beeinflusst durch:

• Verwendeten Druckertyp
• Das PVA- Polymermaterial
• Die Druckgeschwindigkeit
• Die Komplexität des Druckobjektes

Die Haftung der ersten Druckschicht auf der Druckplatte ist von grundsätzlicher Bedeutung. Hier kann am Haftgrund (Klebeband), aber auch mit den Druckbedingungen eine gute Startbasis gesetzt werden.