用于支撑的可溶性细丝

FFF 3D 打印的主要限制之一与其他增材制造技术相比，每一层的印刷区域都需要由先前的印刷层支撑。 这意味着零件的任何悬垂大于 45º 的部分或任何长度超过 10mm 的桥都需要支撑结构。

在单挤出机 FFF 3D 打印机上，生成支撑结构的唯一选择是使用与零件相同的打印材料。 打印完成后必须机械去除这些支撑，并采用各种策略来促进这一点，例如使这些支撑具有低密度结构并在支撑和部件之间留下分离层。这允许在不使用工具的情况下手动移除支撑，尽管与支撑接触的表面的表面光洁度通常很差。

图 1：支持 3D 打印部件。来源：3DHubs

在配备双挤出机的 FFF 3D 打印机上，选项范围扩大了，因为部件和支撑件不必使用相同的材​​料。这为使用可溶于不溶解零件材料的溶剂的材料打开了大门 .这使得使用与工件接触的致密支撑成为可能，保证接触表面的光洁度极佳。

图 2：Raise3D Pro2 双挤出机。来源：Raise3D

有许多不同的可溶性支撑丝可供选择，但它们并不完全相同，也不具有相同的兼容性。选择可溶性载体材料时，重要的是要考虑许多特性以确保与所用印刷材料的相容性。这些特点是：

• 它必须可溶于不会损坏或损害零件所用材料特性的溶剂。

• 它必须与部件的灯丝热兼容， 因此它必须具有相似的印刷温度和基础温度，以及相似的软化温度。
• 它必须与所用材料有良好的附着力 在这一部分。
• 它必须易于印刷并具有良好的附着力 层与层之间。

目前主要有三种可溶性支撑材料：

• 有机溶剂可溶长丝
• 使用活化剂的水溶性长丝
• 水溶性细丝

有机溶剂中的可溶性细丝。

这些材料与零件中使用的材料具有相似的特性，但可以溶解在不会侵蚀或溶解它们补充的材料的溶剂中。

目前这种灯丝的选择不多，主要是因为两个问题：一方面，具有相似物理化学性质的材料使它们彼此相容，通常也表现相似与大多数溶剂一起使用，因此很难找到合适的溶剂。 另一方面，许多这些有机溶剂 剧毒或大多数用户无法接触，需要专门的废物处理。

图 3：D-Limoneno。来源：Filament2print

这种类型最常用的灯丝是 HIPS，其特性使其与大多数 ABS 和 ASA 基材料兼容。除了具有相似的热性能外，它还对 ABS 和 ASA 具有良好的附着力。它是目前使用最广泛的支撑材料之一， 不仅因为它与 ABS 相容，还因为它成本低 并且由于它可溶于D-柠檬烯，这是一种容易获得、廉价且低毒的有机溶剂。

通过使用活化剂形成水溶性细丝。

这些是基于 ATP 的聚合物（丙烯酸酯三元共聚物）。 这些材料具有可溶于碱性溶液的特性。 它们与 ABS 和 ASA 基材料具有出色的相容性，也可与聚碳酸酯一起使用 （虽然它们的兼容性稍差）。

它们不直接溶于水，因为它们需要水具有碱性 pH 值，因此使用缓冲活化剂， 例如 3DWash，是必需的。

图 4：3DWash。来源：Traxer

它们是 HIPS 的完美替代品 ，不仅因为它们不需要使用有机溶剂，而且因为它们是专为用作支撑材料而开发和添加的细丝，因此它们通常溶解得更快，在零件上留下的残留物更少。

视频 1：PolyDissolve S2 的视频演示。来源：Polymaker

一些代表性的灯丝是 PolyDissolve S2 和 Z-SUPPORT ATP。

水溶性细丝

制造商的主要目标之一是获得可直接溶于水的支撑丝。这是因为它不需要有机溶剂或碱性溶液，使其成为大多数用户最安全和最容易获得的替代品。

这就是为什么它是具有最广泛的不同材料种类并且具有与各种灯丝兼容的选项的原因。

在水溶性细丝中，可以区分两种类型：

与低温材料相容的水溶性长丝： 这些是基于 PVA（聚乙烯醇）或 BVOH（丁烯二醇乙烯醇）的长丝 .这两种材料都与 PLA 具有出色的相容性 并且可以与 PA 一起使用（尽管它们的兼容性不太好）。 BVOH 可以被认为是 PVA 的演变，与 PVA 相比具有许多优点，例如与 PETG 甚至与一些柔性长丝的相容性更好，以及在冷水中具有更高的溶解速率。一些 PVA 丝是 LAY-PVA 或 PVA Raise，而 Mowiflex 或 Z-SUPPORT Premium 均基于 BVOH。

视频 2：PVA 和 BVOH 的比较。来源：BCN3D

与高温材料兼容的水溶性灯丝：这些是目前可用的最先进的支撑灯丝。 它们由由水溶性聚合物混合物组成的材料制成 （类似于前面的）和糖，通常是海藻糖， 一种能迅速溶于水并具有高热稳定性的多糖。聚合物和糖之间的比例，以及每个制造商特定的某些添加剂的使用，使得获得不同配方的水溶性材料成为可能，这些材料在广泛的温度范围内与材料相容，从 ABS 到 PEEK或 ULTEM。

图 5：带有 Aquatek X1 支架的 PA-CF 部件。来源：3DXTech

一些灯丝，例如 Aquasys 120 或 Aquatek X1 与 PLA 以及 ABS、ASA、PA、PETG 或某些柔性灯丝兼容 . Aquasys 120 也可以与 PC 或 PP 一起使用。 此外，这两种材料均可承受高达 120°C 的腔室温度，因此也适用于工业打印机。

Aquasys 180 更上一层楼，它可能是当今最先进、最兼容的支持材料。 除了兼容与 Aquasys 120 相同的材料外，它还可以与 PEKK、PEEK、ULTEM 和 PPSU 一起使用 因为它可以承受高达 180°C 的腔室温度。

图 6：带有 Aqusys 180 制造的支撑部件。来源：Infinite Material Solutions

但是，这种细丝的主要优点（它们在水中的高溶解度）也是它们的主要缺点， 因为它们对环境湿度高度敏感 .这使得有必要在储存和使用期间将这些细丝保存在特殊容器中 .此外，随着这些细丝吸收水分，它们的附着力会变差，堵塞的风险也会增加。

如何选择最合适的可溶性长丝。

在选择最合适的可溶性丝时，需要分析所要补充的材料。

• ABS/ASA ：通常建议避免使用 HIPS，因为它涉及处理有机溶剂并产生无法直接处理的废物。在这种情况下，使用活化剂的水溶性 ATP 丝是最推荐的选择。它们与这些材料具有出色的相容性，对水分的敏感性低，使其更易于储存和使用，并最大限度地降低打印失败的风险。

• 解放军 ：与 PLA 相容性最好的材料是那些基于 PVA 和 BVOH 的材料。其中，基于 BVOH 的材料对水分的敏感性较低，尽管通常基于 PVA 的材料稍微便宜一些。

• PETG/PA： 虽然可以使用 PVA 和 BVOH 作为支持材料与 PETG 和 PA，但它们的相容性不是特别好。在这种情况下，最好的选择是与Aquasys 120等高温材料兼容的水溶性灯丝。

• 柔性 ：支撑和柔性材料之间的相容性从来没有特别好。可以将 BVOH 或 Aquasys 120 等材料与一些柔性灯丝一起使用，但是有必要测试每根柔性灯丝以验证兼容性。

• PEEK/PEKKK/PEI/PPSU： 在这种情况下，最好的选择是使用 Aquasys 180，因为它是保证与此类材料最佳相容性并且在高温下具有最佳热稳定性的材料。

• 如果您通常使用不同材料的可溶性支撑，理想的选择是使用兼容的单一材料使用所有材料，例如 Aquasys 120 或 Aquatek X1，而不是为每种材料使用不同的材料。

尽管可溶性细丝通常被称为单一的一组，但它们实际上由不同的材料组成，具有自己非常特殊的特性。 现在可以找到与市场上几乎所有材料（从 PLA 到 PEEK）兼容的高质量可溶性长丝。