Wie sicher sind Lösungsmittel für Stützmaterial in der FFF?

7. September 2021Dr. Andrei Neboian

Die Verwendung von Stützmaterialien, die Lösungsmittel zum Auflösen benötigen, wirft eine kritische Frage auf: Wie sicher sind diese Lösungsmittel? Wie sicher ist VXL-EX?

Auflösbare Stützmaterialien leisten gute Arbeit, wenn es darum geht, beliebige Geometrien mit unseren FFF-3D-Druckern herzustellen. Allerdings ist das Auflösen solcher Materialien eine Aufgabe, die besondere Aufmerksamkeit verdient.

Wir sehen oft Videos und Bilder, die zeigen, wie sich Stützstrukturen in einem sauberen Glas auflösen, umgeben von einem sauberen Arbeitsplatz. Der Prozess scheint einfach, schnell und perfekt zu sein.

Aber in Wirklichkeit sieht das Auflösen von Stützmaterial viel unordentlicher aus als auf diesen Fotos, Videos und Werbeanzeigen. PVA braucht einfach zu lange, um sich ohne richtige Temperaturkontrolle und ohne Umrühren aufzulösen. Außerdem brauchen größere Teile etwas mehr Platz als nur ein einfaches Glas.

Hier ist ein Bild unseres Arbeitsplatzes vor ein paar Jahren. Hier haben wir Stützmaterial aufgelöst, bevor wir zu professionellen Lösestationen wechselten. Obwohl sich PVA-Stützen in Wasser auflösen, sieht der Arbeitsplatz alles andere als eine glänzende Werbung für PVA aus.

Eine unserer älteren Lösestationen (Quelle: Xioneer).

Also, wenn der Arbeitsplatz zum Lösen von Stützmaterial dreckig werden kann, wie können wir sicherstellen, dass dieser Arbeitsplatz noch sicher ist? Diese Frage ist besonders relevant, wenn wir Stützmaterialien verwenden, die besondere Chemikalien zum Auflösen benötigen.

Beispiele für solche Material-Lösungsmittel-Kombinationen sind HIPS + Limonen, VXL + VXL-EX und eventuell Stützmaterialien, die NaOH (Natronlauge) zum Lösen benötigen. Wie sicher sind diese Material-Lösungsmittel-Kombinationen?

Warum überhaupt Lösungsmittel verwenden?

Moment mal. Wenn wir schon über die Sicherheit bei der Verwendung von Lösungsmitteln nachdenken müssen, warum können wir nicht einfach PVA, PVOH oder ein anderes wasserlösliches Stützmaterial nehmen? Ja, der Arbeitsplatz könnte versifft aussehen, aber zumindest können wir sicherstellen, dass wir sicher arbeiten.

Aber wasserlösliche Stützmaterialien haben beim 3D-Druck einige große Nachteile.

Wenn es um Temperaturbeständigkeit geht, neigen PVA, BVOH usw. dazu, sich in der Düse schnell zu zersetzen. Das führt hin und wieder zu einem verstopften Druckkopf. Das ist auch der Hauptgrund, warum sich Leute über diese Materialien beschweren.

Wenn wir schon die Zuverlässigkeit erwähnen, haben wasserlösliche Filamente einen weiteren Nachteil. Diese Materialien nehmen von Natur aus Feuchtigkeit aus der Luft auf. Das bedeutet, dass Sie wasserlösliche Materialien unter trockenen Bedingungen lagern oder sogar vor dem Gebrauch trocknen müssen.

Ein weiterer Nachteil von wasserlöslichen Stützmaterialien ist ihre Unverträglichkeit mit einer Vielzahl von Modellmaterialien. Zum Beispiel haftet PVA nicht gut auf PC, aber VXL verbindet sich viel besser damit. Außerdem hat PVA einen zu niedrigen Schmelzpunkt. Das macht PVA bei Hochtemperaturmaterialien wie PEEK unbrauchbar. Sie müssen, zum Beispiel, VXL-130 verwenden, um Stützen für PEEK zu drucken.

Letztendlich werden wasserlösliche Strukturen zu einem klebrigen Klumpen, wenn sie in Wasser gelegt werden. Solche Klumpen lösen sich nur langsam auf. Außerdem kann Wasser nur begrenzt Polymere aufzulösen. Um also die Dinge wirklich zu beschleunigen, kann die Zugabe eines Lösungsmittels Ihnen helfen, Ihre Stützmaterialien effizienter zu entfernen.

Lassen Sie mich zusammenfassen: Die Verwendung von Stützmaterialien, die sich in einem Lösungsmittel auflösen, kann große Vorteile gegenüber wasserlöslichen Stützmaterialien bieten: zuverlässigeres Drucken, bessere Materialkompatibilität und schnelleres Auflösen.

HIPS und Limonene

HIPS ist einer der ältesten Konkurrenten zu PVA in der 3D-Druck-Community.

HIPS, oder High-Impact Polystyrol, ist ein kostengünstiges thermoplastisches Material. Es wird oft zur Herstellung von Massenware und Spielzeug verwendet. HIPS ist ABS ähnlich, aber weicher und weniger robust. Der Vorteil von HIPS ist jedoch, dass es sich gut mit anderen Styrol-basierten Materialien wie ABS verbindet. Das macht HIPS als Stützmaterial nützlich.

Um Stützen aus HIPS nach dem Druck zu entfernen, legen Sie Ihr Teil in ein Bad mit einem Lösungsmittel namens Limonen. Dieses Lösungsmittel wird aus Orangenschalen hergestellt. Orangen? Das scheint ziemlich harmlos zu sein, oder?

Aber haben Sie schon einmal versucht, Orangenschalen über einer Kerze zu zerdrücken? Die winzigen Spritzer aus den Schalen werden in Flammen aufgehen. Der Grund hierfür: Das in der Schale enthaltene Limonen ist eine leicht entflammbare Flüssigkeit. Die Verwendung von Limonen an Ihrem Arbeitsplatz birgt also Brandgefahr. Beim Arbeiten damit ist große Vorsicht geboten.

Schließlich können beim Auflösen von HIPS mit Limonen gefährliche Nebenprodukte entstehen. Limonene kann auch die Haut reizen. Deshalb wird die Entsorgung von Limonen und dessen Nebenprodukte in vielen Staaten reguliert. Man sollte also Limonen nicht einfach in die Kanalisation entsorgen.

All dies macht HIPS + Limonene zu einer relativ unsicheren Kombination in Ihrem 3D-Druck-Arsenal.

PLA und Natronlauge (NaOH)

Wir haben das folgende Experiment im Labor ausprobiert. Wir raten Ihnen allerdings davon ab, dies bei Ihnen Hause zu versuchen.

Wir haben ein Teil mit ABS gedruckt und PLA als Stützmaterial verwendet. Um PLA zu entfernen, legten wir das gedruckte Objekt in eine hochkonzentrierte Natronlauge (NaOH). Die Flüssigkeit zersetzte alle PLA-Stützen innerhalb weniger Stunden, so dass nur das ABS-Teil zurückblieb.

Während diese Methode in unseren Experimenten gut funktionierte, raten wir dringend davon ab, sie im Alltag anzuwenden.

NaOH ist eine gefährliche Chemikalie. Sie ist farblos und geruchlos, aber hochgradig ätzend und daher schädlich. Der Grad der Schädlichkeit hängt von der Menge, der Dauer und der Konzentration ab. Sie kann die Augen, die Haut und die inneren Organe verätzen und zu vorübergehendem Haarausfall führen.

Die Natronlauge verhält sich anders als eine Säure. Wenn Sie versehentlich eine konzentrierte Säure auf Ihre Haut verschütten, werden Sie starke brennende Schmerzen verspüren. In diesem Fall würden Sie zum nächsten Waschbecken laufen und versuchen, die Chemikalie von Ihrer Haut zu spülen. Aber Natronlauge (NaOH) ist trügerisch. Die Lauge verursacht keine vergleichbaren Schmerzen. Unbemerkt frisst sich die Substanz durch Ihre Haut und Ihr Fleisch und verursacht schwere, schlecht heilende und möglicherweise infizierte Verbrennungen.

Einige Hersteller verwenden diese Chemikalie immer noch zum Auflösen von Stützmaterial. Daher ist bei der Entfernung von Stützen mit NaOH äußerste Vorsicht geboten.

VXL mit VXL-EX Waschpulver

VXL-EX Trägerentfernungsmittel (Quelle: Xioneer)

Das neueste – und wahrscheinlich auch zuverlässigste – lösliche Stützmaterial auf dem Markt ist VXL. Es löst sich in einer Lösung aus Wasser und VXL-EX – einem speziell entwickelten Waschpulver für VXL.

Lassen Sie mich die gute Nachricht gleich vorwegnehmen: im Gegensatz zu den oben genannten Lösungsmitteln, ist VXL-EX nicht ätzend und viel sicherer in der Anwendung. Mit Wasser gemischt ergibt es eine mild-alkalische Lösung, mit der die Stützen aus VXL von Ihren Druckteilen aufgelöst werden.

Ich fragte unseren Chemieingenieur was sich hinter VXL-EX verbirgt: “Das Lösungsmittel ist ähnlich dem Waschmittel, das wir alle zum Reinigen unserer Wäsche verwenden.”

Einige wichtige Faktoren bestimmen die Geschwindigkeit, mit der VXL-EX das VXL- Stützmaterial auflöst:

  • Die Temperatur: Die Wassertemperatur bestimmt, wie schnell der Löseprozess erfolgt. Wenn Sie zum Beispiel VXL-EX in einem beheizten Bad anwenden, erzielen Sie schnellere Ergebnisse als bei der Verwendung von lauwarmem Wasser. Die empfohlenen Lösetemperaturen hängen von der Art des VXL und des verwendeten Modellmaterials ab und liegen zwischen 40 °C und 90 °C.
  • Rühren: Wenn Sie das Lösungsmittel umrühren, wird der Löseprozess beschleunigt. Denken Sie an einen Löffel Zucker, der sich in einer Tasse Tee auflöst: Je schneller Sie rühren, desto schneller löst sich der Zucker auf.
  • Anzahl der Stützen: Die Faustregel für die Menge von VXL EX lautet: 1:1. Das bedeutet, dass Sie für alle 100 g VXL mindestens 100 g VXL-EX benötigen, um es aufzulösen. Um Material zu sparen, wenden wir oft diesen Trick an: wir schneiden große Stücke von leicht zugänglichen VXL-Stützen ab, bevor wir das Teil in ein Lösebad legen. Sobald größere Stützstrukturen abgetrennt sind, löst VXL-EX die verbleibenden Stützen viel schneller auf.
  • Stützgeometrie: Je komplexer und komplizierter die Geometrie ist, desto länger dauert es, die Stützen aufzulösen. Dies ist einleuchtend, da die Flüssigkeit in schwer zugänglichen Bereichen und tiefen Kavitäten langsamer fließt. Hier gilt die gleiche Regel wir oben: das Rühren beschleunigt das Auflösen.

In diesem Artikel lernen Sie 5 Methoden, wie Sie Stützstrukturen effektiv auflösen können.

Im Gegensatz zu Limonen ist VXL-EX aufgrund seiner geringen korrosiven Eigenschaften ein sichereres Lösungsmittel. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Anwender bei der Verwendung eines beliebigen Lösungsmittels auf die üblichen Sicherheitsvorkehrungen bei der Nachbehandlung von 3D-Druckteilen verzichten sollten. Es wird empfohlen, beim Umgang mit VXL-EX weiterhin eine entsprechende Schutzausrüstung zu tragen, die Haut, Augen und Atemwege schützt.

VXL-EX vs. andere Lösungsmittel

Limonen ist entflammbar, reagiert bekanntermaßen reizend mit der Haut, setzt starke Dämpfe frei und verursacht Reizungen, wenn es mit den Augen in Berührung kommt. VXL-EX würde auch zu Reizungen führen, wenn Sie es in die Augen reiben. Verwenden Sie daher sicherheitshalber immer Schutzhandschuhe und eine Schutzbrille. Andererseits ist VXL-EX nicht entflammbar und setzt keine giftigen Dämpfe frei.

Noch wichtiger ist, dass VXL-EX nicht ätzend ist, was es viel sicherer macht als NaOH.

Wenn Sie also mit einem herkömmlichen Waschmittel umgehen können, werden Sie auch mit VXL-EX umgehen können, um Ihre VXL-Stützen aufzulösen.

Die höhere Effizienz von VXL + VXL-EX hebt es weiter von anderen Kombinationen ab. Limonen liefert inkonsistente Ergebnisse und kann sich bei Verwendung durch die Filamente  durchfressen und deren Farben ausbleichen. Aber VXL-EX ist ein gering korrosives Lösepulver, das die Qualität des verarbeiteten 3D-Drucks nicht beeinträchtigt.

Wie geht es weiter?

Gibt es ein sicheres, zuverlässiges Waschpulver zum Entfernen von Stützmaterialien? Die Antwort lautet: Ja.

VXL-EX bietet 3D-Druck-Enthusiasten und -Profis ein sicheres, zuverlässiges Waschpulver zum Entfernen von Stützen aus VXL. Das Waschpulver ist mild und kann für wiederholte Nachbearbeitung sicher in dichten Behältern gelagert werden, was Kosten spart.

Erfahren Sie mehr über das Waschpulver VXL-EX, unsere Stützmaterialien VXL und unsere Lösestationen.

Autor:Dr. Andrei Neboian

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