3D打印可溶支撐PVA材質特性

魔猴君  知識堂   100天前

PVA（即聚乙烯醇）由于具有溶于水的能力，是3D打印行業廣泛使用的材料。特別是，它用于在使用FDM雙擠出機時創建打印支撐。這為用戶提供了更大的設計自由度來設計具有復雜幾何形狀的零件，而不會影響打印質量。設計的細節和懸臂部件越多，部件需要的支撐就越多。本指南將幫助您更好地了解這種材料的特性，以及它在3D打印中的作用，以在每個制造過程中實現最佳結果。

PVA的生產及特點

在技術層面上，PVA屬于合成聚合物家族，具有可生物降解的特殊性。它是通過聚合醋酸乙烯酯而產生的，然后水解以獲得用于3D打印的長絲形式的材料。它具有透明至灰白色的外觀，非常耐油和油脂。除了具有與PLA、CPE或尼龍等其他熱塑性塑料類似的非常好的粘合性能外，該材料還具有高拉伸強度和柔韌性。它無味、無毒，并且如上所述，可生物降解，對人類、動物和環境安全。

PVA是一種用作打印支撐的可溶性材料（照片來源：Ultimaker）

具體而言，其拉伸伸長率為360%，拉伸強度為22MPa。根據濕度的不同，PVA也可以變得非常柔韌和有彈性，因為水就像熱塑性塑料的增塑劑。這種材料實際上很脆、易碎且耐牽引，但當空氣或水的濕度增加時，它會變得越來越有彈性；然后，它完全溶解在水中。否則，它的外觀介于透明和奶油色之間。它在3D打印中很容易加工，因為除其他外，它無毒且實際上無味，盡管打印時可能會產生輕微的氣味。然而，對于增材制造的使用，重要的是要注意230°C的熔點，尤其是200°C的變性溫度。在此溫度下，PVA開始燒焦，從而在打印物體上產生黑點。

發展

PVA在3D打印中的應用

如前所述，其主要優點之一是其溶解能力。它只需要水來去除支撐材料，即不需要成分更復雜的溶劑。另外，它不需要任何額外的硬件。然而，還值得一提的是PVA的一些缺點，盡管它們通常適用于其他可溶性材料。其中之一是對濕度非常敏感，這會直接影響材料。為了不改變其特性，有必要將其保存在空氣受到嚴格控制的區域。如果噴嘴在不使用時處于高溫狀態，PVA也更有可能產生堵塞。除此之外，許多用戶認為它是一種昂貴的燈絲。此外，為了獲得良好的基材效果，PVA需要將打印床預熱到45到60°C之間，并將擠出機溫度提高到180到200°C之間。此外，如上所述，存儲也是必不可少的。PVA長絲應始終存放在陰涼處，并避光和防塵。最佳儲存溫度為15-25°C，避免陽光照射。如果材料已吸收水分，則需要在50-80°C下干燥約8-12小時，然后再進行打印。最好使用熔化溫度相似的材料（例如PLA或PA）進行打印。

使用這種材料時要考慮的另一個重要點是擠出機的配置。在不活動時冷卻PVA熱端可防止上述滲漏和堵塞。此外，建議將頂部支撐間隙距離設置為0層，以獲得更佳的表面光潔度。由于支撐物會溶解，因此它們在制造過程中是否粘附在最終部件上并不重要。當材料是新鮮的并且一直干燥儲存時，可以獲得最令人愉快的結果和光滑的物體。一旦PVA吸收了過多的水分，在打印過程中就會出現嘶嘶聲，并在最終物體上出現卷曲、細紋、孔洞、氣泡和擠出不足。

在后處理中，PVA支撐結構會簡單地溶解在水中（照片來源：MatterHackers）

與PVA存儲不同，后處理極其簡單。只需將打印的物體放入水浴中，等待1-2小時，讓支撐材料溶解。水應處于浴溫，然后可倒入下水道，因為如上所述，PVA是可生物降解的。

PVA的應用

作為一種可溶性材料，PVA是制造具有復雜幾何形狀的零件以及內腔、概念模型和模具的理想補充。3D打印支撐件可提供更好的表面質量，并允許零件定向以優化其機械性能。3D打印夾具可提供更好的表面質量，并允許對齊增材制造的零件以優化其機械性能。

此外，通過3D打印所有類型的零件，無論設計的復雜程度如何，PVA也是一種在藝術界廣泛用于創建裝飾模型的材料。然而，這并不是唯一受益于這種燈絲的行業。即使是使用FDM技術創建工具或原型的最先進行業也越來越多地集成可溶材料來創建支撐。

編譯整理：3dnatives