PVA a HIPS: rozpustné podpory pro PLA, PETG i ABS

Pondělní díl tohoto týdne rozebíral vícebarevný tisk s AMS a to, kolik filamentu a času spolkne každá výměna barvy. Rozpustné podpory jsou druhá strana téže mince: běží na identické mechanice výměny materiálu, ale místo estetiky řeší geometrii, kterou byste jinak nevytiskli v jednom kuse. PVA se rozpouští ve vodě, HIPS v limonenu, a právě volba rozpouštědla rozhoduje, ke kterému hlavnímu materiálu se který support hodí. Tento text prochází párování materiálů podle dokumentace tří výrobců, která si v jednom bodě protiřečí, dále vlhkost jako nejčastější příčinu selhání PVA, nastavení PrusaSliceru i Bambu Studia, samotné rozpouštění a nakonec otázku, kdy se rozpustné podpory nevyplatí.

Čím se PVA a HIPS liší a v čem se rozpouštějí

PVA je polyvinylalkohol, měkký a silně hygroskopický polymer. UltiMaker ve svém technickém listu uvádí u PVA teplotu skelného přechodu 58,4 °C, teplotu tání 175,4 °C a hustotu 1,23 g/cm³. Rozpouští se v obyčejné vodě, bez rozpouštědel a bez odsávání, a je biologicky rozložitelný v přírodní sladké vodě bez nebezpečných vedlejších produktů.

HIPS je polystyren s kaučukovými přísadami. Prusa u něj doporučuje teplotu trysky 225 až 255 °C a podložku 100 až 110 °C, tedy stejné pásmo, ve kterém jede ABS. Rozpouští se v limonenu nebo acetonu. Oproti ABS je lehčí a smršťuje se výrazně méně, takže se s ním velké podpory tisknou klidněji.

Rozdíl mezi vodou a limonenem není detail. Voda je zadarmo, je všude a nádobou může být kbelík. Limonen je olejnaté organické rozpouštědlo, které na povrchu modelu zůstává i po zaschnutí, model po něm dlouho voní po citrusech a Prusa u chemického hlazení uvádí schnutí minimálně 24 hodin. Volba rozpouštědla je proto první rozhodnutí, ne poslední.

Ke kterému materiálu který support patří

Nejbezpečnější kombinace je PLA s PVA. Bambu Lab vede PVA jako podporu pro PLA a pro plněné varianty PLA-CF a PLA-GF, Prusa u PLA připouští PVA+ i BVOH. Teploty obou materiálů se potkávají, adheze funguje a lázeň je jen vlažná voda.

U PETG začíná zmatek. Bambu Lab v obecném průvodci podpůrnými filamenty uvádí, že PVA není kompatibilní jako podpůrný filament pro tisk z PETG. Prusa u PETG doporučuje prakticky pouze BVOH, které popisuje jako tužší, lépe tisknutelné a dražší než PVA+. UltiMaker naopak ve svém technickém listu uvádí u PVA dobrou adhezi k PLA, PETG a nylonu. A Prusa na stránce o HIPS zmiňuje jako jeho nejlepší využití právě podpory pro velké modely z PETG.

Rozpor najdete i uvnitř jedné značky, jakmile začnete číst dokumentaci ke konkrétnímu stroji. Bambu Lab u H2D upřesňuje, že PVA a PETG se nemají tisknout současně z levé a pravé trysky: PVA má nízkou teplotu tepelné deformace, a když je podložka kvůli PETG nahřátá na 70 °C, snadno se ucpe tryska. Stejná stránka ale dodává, že s AMS a jedinou tryskou lze PETG s podporou z PVA tisknout. Rozdíl tedy nedělá dvojice materiálů, ale konfigurace stroje.

ABS a ASA mají klasickou dvojici s HIPS, ale i tady je háček. V článku o vodou rozpustných materiálech Prusa uvádí HIPS jako nejlepší alternativu pro tisk ABS s rozpustnými podporami. Na samostatné stránce o HIPS ale stojí opak: pro podpory k ABS a ASA vhodný není, protože se tyto materiály v limonenu částečně rozpouštějí také. U Prusamentu ASA Orange to podle Prusy naruší mezivrstvou adhezi a model se rozpadne na drobné šupinky. Praktické řešení je nenechávat díl v lázni, jen ho krátce ponořit, podpory tím povolit a sundat je ručně.

Co nefunguje, je stejně důležité. UltiMaker uvádí své PVA jako nevhodné pro podpory k ABS, CPE+, PC a PP. Teplotní pásmo těchto materiálů je pro PVA moc vysoko a materiál se v trysce degraduje dřív, než odvede práci.

• PLA a PLA-CF nebo GF: PVA, případně BVOH, lázeň z vlažné vody
• PETG: podle Prusy prakticky jen BVOH, u Bambu Lab nikdy ve dvou hotendech H2D a v obecném průvodci vůbec, HIPS jako alternativa s limonenem
• ABS a ASA: HIPS, ale bez dlouhého máčení, protože limonen napadá i samotný díl
• Nylon: podle technického listu UltiMaker PVA drží dobře, Bambu Lab má vlastní Support for PA a PET
• PC, PP a CPE+: rozpustné podpory z PVA výrobce nedoporučuje

Proč se dokumentace výrobců rozchází

Rozpor u PETG není chyba jednoho z výrobců. PVA není jeden materiál, ale skupina. Prusa píše o PVA+, jinde se prodává BVOH, tedy kopolymer butendiolu a vinylalkoholu, a každá receptura má jinou teplotní stabilitu i jinou přilnavost k sousednímu materiálu.

Roli hraje i stroj. Bambu Lab posuzuje kombinace z pohledu AMS, kde všechny filamenty procházejí jednou tryskou a míchají se v jednom hotendu. UltiMaker testoval PVA na dvojité extruzi se dvěma samostatnými tryskami, kde se materiály potkávají až na modelu. Doporučení výrobce proto platí pro sestavu, ve které vzniklo, ne univerzálně.

Z toho plyne jediné rozumné pravidlo: řiďte se dokumentací k vaší konkrétní trojici: hlavní materiál, support a stroj, a ověřte ji na malém dílu s tiskem na dvacet minut. Ne na čtrnáctihodinovém tisku, u kterého vás selhání bude mrzet.

Kompatibilitu vaší sestavy s AMS si můžete rychle zkontrolovat níže.

Vlhkost rozhoduje, jestli PVA vůbec pojede

PVA nasává vodu rychleji než jakýkoli běžný filament, a to je hlavní důvod, proč lidem nefunguje. Bambu Lab uvádí konkrétní čísla: v suchém prostředí do 20 % relativní vlhkosti vydrží vysušené PVA použitelné jeden až tři dny, zatímco v běžném pokoji s vlhkostí kolem 55 % zvlhne čerstvě vysušená cívka během jedné až tří hodin natolik, že se zhorší kvalita tisku. Běžný interiér se přitom pohybuje mezi 45 a 65 % relativní vlhkosti.

Sušení proto není volitelný krok. Bambu Lab doporučuje pro PVA horkovzdušnou sušárnu na 80 °C po dobu 8 až 12 hodin, na vyhřívané podložce 90 až 100 °C po dobu 12 hodin, v AMS 2 Pro 65 °C po dobu 18 hodin a v AMS HT 85 °C po dobu 18 hodin. Cívku je nutné přesunout do sucha hned po dosušení, bez čekání na vychladnutí, jinak si část vlhkosti natáhne zpátky.

Vysoušedlo taky není jedno jako druhé. Bambu Lab u PVA doporučuje chlorid vápenatý s tím, že silikagel materiál dlouhodobě v suchu neudrží, a v AMS radí držet vlhkost pod 20 %. Prusa u PVA+ a BVOH trvá na vrácení do sáčku se silikagelem ihned po tisku, protože jinak se stav filamentu během několika měsíců zhorší, materiál začne měknout při nižší teplotě a dělá problémy už při zavádění. Nejlepší je tisknout i skladovat rovnou z dryboxu.

Stav filamentu poznáte ohybem. Suché PVA je tužší než PLA Basic, navlhlé měkne a lepí. Změklý filament se v AMS Lite deformuje a Bambu Lab proto PVA v otevřené AMS Lite nedoporučuje, u řady A se mu vyhýbá úplně a u ostatních strojů radí nechávat takový tisk pod hodinu.

HIPS je v tomhle ohledu odpočinkový materiál. Bambu Lab u svého Support for ABS, jehož hlavní složkou je právě HIPS, uvádí, že na vlhkost citlivý není a předsoušení obvykle nepotřebuje.

• Sušárna: 80 °C, 8 až 12 hodin
• Vyhřívaná podložka pod krytem: 90 až 100 °C, 12 hodin
• AMS 2 Pro: 65 °C, 18 hodin, AMS HT: 85 °C, 18 hodin
• Skladování: vzduchotěsný box s chloridem vápenatým, cíl pod 20 % relativní vlhkosti

Nastavení sliceru: tady se rozhoduje o spotřebě

PrusaSlicer nabízí u profilů MMU3, MMU2S a XL pro výšku vrstvy 0,15 a 0,2 mm dvě předvolby navíc, SOLUBLE FULL a SOLUBLE INTERFACE. První tiskne z rozpustného materiálu celou konstrukci podpor a hodí se na složité vnitřní struktury. Druhá použije rozpustný materiál jen v kontaktních vrstvách mezi podporou a modelem, zbytek nese běžný filament. Ušetří tím ten dražší materiál.

Prusa u toho upozorňuje na detail, který ušetří spoustu zmetků: PVA+ a BVOH drží na hladkém i práškovaném PEI plátu špatně, zatímco na PLA a PETG se chytají dobře. Pokud podpora stojí přímo na podložce, je SOLUBLE INTERFACE jistější volba.

Druhá položka je čištění trysky. Standardní výměna filamentu spotřebuje 140 mm³, u rozpustných podpor Prusa doporučuje alespoň 200 až 240 mm³ a při výměně z PVA+ nebo BVOH může být potřeba minimálně 240 mm³. Čistící věž tím roste stejně jako u vícebarevného tisku, jen se tentokrát neplatí za barvu, ale za čistý přechod.

Počítejte i s časem. Prusa uvádí u PLA maximální objemovou rychlost 15 mm³/s, zatímco PVA+ a BVOH zvládají 4 mm³/s. Každá vrstva s podporou proto trvá déle, než jste zvyklí.

V Bambu Studiu se PVA nastavuje v Process, Support, Filament for Support, a to jako support base i jako support interface. Bambu Lab u PVA doporučuje vyhnout se stromovým podporám, protože vysoké tenké struktury z měkčího materiálu padají, a použít klasickou mřížku. Teplotu trysky uvádí v rozmezí 240 až 250 °C.

U MMU2S a MMU3 přiřazuje PrusaSlicer podpůrný materiál standardně na filament číslo 5, u XL na nástroj 2. Hodnota 0 znamená, že se použije cokoliv, co je zrovna zavedené, což se hodí jen u tisku bez výměn.

Jak podpory skutečně rozpustit

U PVA doporučuje Prusa ponořit hotový výtisk do teplé vody o teplotě maximálně 45 °C a nechat ho tam několik hodin až přes noc. Před koupelí se vyplatí odlomit co nejvíc podpor za sucha. Po vytažení se zbytky nechají ještě 10 až 20 minut odmočit a vykartáčují se tvrdým zubním kartáčkem.

Bambu Lab uvádí, že rozpouštění zabere hodiny až desítky hodin a že teplá voda spolu s mícháním proces zrychlí. Zároveň varuje, že u modelů z PLA nemá voda překročit 50 °C, protože se díl začne deformovat. Voda se navíc dostane skrz mezivrstvé mezery do vnitřních dutin, takže u uzavřených objemů počítejte s tím, že model bude po vytažení pár dní schnout.

HIPS potřebuje limonen. Prusa u chemického hlazení uvádí ponoření na 10 až 20 sekund a schnutí minimálně 24 hodin, přičemž citrusový zápach na modelu vydrží dlouho. U podpor na ABS nebo ASA platí to samé varování jako výše: raději krátké ponoření, povolení podpor a mechanické odstranění, než nechat díl v lázni celou noc.

Likvidace je u vody snadná. Prusa uvádí, že pokud nerozpouštíte kilogramy PVA nebo BVOH denně, můžete výsledný roztok vylít do odpadu, a UltiMaker popisuje PVA jako biologicky rozložitelné v přírodní sladké vodě. S limonenem zacházejte podle bezpečnostního listu, do dřezu nepatří.

• Suchou cestou sundejte co nejvíc podpor ještě před koupelí
• PVA: voda do 45 °C, u modelů z PLA nikdy nad 50 °C, několik hodin až přes noc
• Míchání nebo malé čerpadlo zkrátí čas výrazně víc než vyšší teplota
• HIPS: krátké ponoření do limonenu, pak mechanické odstranění, schnutí 24 hodin

Co rozpustné podpory stojí navíc

Náklady mají tři složky a filament je z nich ta nejmenší. Rozpustné materiály jsou dražší než PLA a PETG, což je přesně důvod, proč Prusa vůbec vytvořila předvolbu SOLUBLE INTERFACE, která rozpustný materiál používá jen tam, kde na něm záleží.

Druhou složkou je čas. Strop 4 mm³/s, purge 200 až 240 mm³ při každé výměně, čistící věž navíc a potom hodiny máčení, případně celý den schnutí u limonenu. Tisk, který by z jednoho materiálu trval odpoledne, se protáhne přes noc.

Třetí složkou je provoz a bezpečnost. Bambu Lab u Support for ABS upozorňuje, že při tiskových teplotách uvolňuje styren, doporučuje uzavřenou tiskárnu, dobře větranou místnost a u dlouhých tisků masku s filtrací par. Ke stejnému materiálu dodává, že tryska 0,2 mm se nedoporučuje a že proměnná výška vrstvy může tisk shodit. Rozpustné podpory tedy tedy nejsou bezobslužné.

Kdy je nasadit a kdy je přeskočit

Rozpustné podpory se vyplatí tam, kde by mechanické odstranění bylo nemožné nebo by zničilo povrch. Typicky jde o vnitřní kanály, uzavřené dutiny, tenké jemné detaily a sestavy tištěné vcelku. Vzdálenost podpory od modelu se u nich může nastavit na nulu, takže spodní plochy vyjdou hladké, což u běžných podpor nejde.

Naopak u jednoduchých převisů, hrubých prototypů a mechanicky odolných dílů je rychlejší podpory ulomit. Stejně tak se nevyplatí pouštět do PVA bez sušičky nebo dryboxu, protože pravděpodobnost, že filament navlhne dřív, než tisk skončí, je u otevřených systémů vysoká.

Krátký test před ostrým dílem ušetří nejvíc. Vytiskněte malý vzorek se stejnou kombinací materiálů, rozpusťte ho a teprve pak pusťte velký model.

• Nasadit: vnitřní kanály, uzavřené dutiny, jemné detaily, kloubové sestavy vcelku
• Nasadit: díly, u kterých musí být spodní plocha hladká bez stop po podpoře
• Přeskočit: jednoduché převisy a odolné prototypy, kde stačí ulomit
• Přeskočit: tisk bez sušičky nebo dryboxu, hlavně v otevřených systémech

Rozpustné podpory nejsou jeden materiál ani jedno nastavení. PVA řeší vodou to, co HIPS řeší limonenem, a mezi nimi leží BVOH pro PETG a celá řada firemních receptur, jejichž doporučení platí vždycky pro konkrétní sestavu. Začněte kombinací PLA a PVA na malém dílu, ověřte si sušení a purge, a teprve potom pusťte model, kde na tom záleží. A než uvěříte univerzální tabulce kompatibility, přečtěte si, co k vaší kombinaci píše výrobce filamentu, který máte na cívce.

Partnerský odkaz: Kvalitní PLA filamenty najdeš u Materialpro3D.