Пластик HIPS в 3Д печати: для чего нужен, как использовать.Руководство.

Всем привет. С Вами компания 3Dtool!

Ударопрочный полистирол или HIPS — не самый распространенный пластик для 3D-печати, и на то есть ряд объективных причин. Тем не менее, он играет важную роль в качестве вспомогательного материала — филамента для поддержек.

В чистом виде полистирол довольно хрупок, поэтому наиболее часто встречается вариант, модифицированный бутадиеновым каучуком для повышения пластичности и ударной вязкости. Это и есть HIPS — ударопрочный полистирол. Полистирол впервые синтезировали еще в первой половине 19-го века, но массовое производство, в том числе вспененного полистирола или «пенопласта» началось только в 1930-х, а ударопрочный вариант пошел в массы в конце 1940-х.

Главный конкурент ударопрочного полистирола — появившийся в середине 1950-х акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) с более высокими показателями прочности, ударной вязкости, тепловой и химической стойкости, а также лучшим сопротивлением ультрафиолету, хотя и не идеальным. С другой стороны, HIPS обладает меньшей плотностью, несколько проще формуется и перерабатывается, считается более безопасным для применения в производстве пищевой упаковки и одноразовой посуды, а также может похвастаться отличными электроизоляционным свойствами, чем обуславливается широкое применение этого полимера в электротехнике.

Помимо этого полистирол можно найти в производстве стендов и вывесок, элементов отделки домашних и автомобильных интерьеров, канцелярских и хозяйственных принадлежностей, игрушек. Чистый полистирол прозрачен или полупрозрачен, даже со многими красителями, так что правильно подобранные филаменты из HIPS можно использовать, например, для 3D-печати плафонов. Существуют даже светотехнические варианты полистирола, заменяющие стекло в вывесках. Хорошая термостойкость будет играть на руку: HIPS выдерживает эксплуатационные температуры до ~80°С.

Хотя в инженерных приложениях зачастую есть более привлекательные альтернативы, HIPS продолжает играть важную роль в 3D-печати. Причина кроется в, казалось бы, недостатке этого полимера — уязвимости к D-лимонену, разновидности монотерпена, органическому растворителю на основе цедры цитрусовых. Это свойство наряду с подходящей теплостойкостью позволяет использовать ударопрочный полистирол в качестве опорного материала при 3D-печати изделий из двух очень популярных инженерных термопластов — акрилонитрилбутадиенстирола (ABS) и его более стойкого у ультрафиолетовому излучению родственника под названием акрилонитрилстиролакрилат (ASA).

D-лимонен не действует на ABS и ASA, зато хорошо растворяет поддержки из ударопрочного полистирола, значительно упрощая постобработку и позволяя печатать более геометрически сложные изделия. Например, можно выращивать детали с интегрированными каналами и другими полостями, удалять опорный материал из которых вручную было бы слишком сложно или даже невозможно.

Самый известный специализированный опорный материал — водорастворимый поливиниловый спирт (PVA), отлично подходящий для поддержки изделий из полилактида (PLA), термопластичных полиуретанов (TPU) и полиэтилентерефталатгликоля (PETG), но с ABS и ASA поливиниловый спирт схватывается плохо, а на прогретом до 100°С столике, необходимом для хорошей адгезии с ABS и ASA, практически гарантированно «поплывет» из-за низкой теплостойкости. Адгезия HIPS с ABS и ASA намного выше, теплостойкость сопоставима, к тому же ударопрочный полистирол значительно дешевле поливинилового спирта. С другой стороны, придется потратиться на D-лимонен, тогда как поливиниловый спирт растворяется обычной водой..   

HIPS также можно использовать в комбинации с нейлонами (полиамидами), но с некоторыми оговорками. Нейлоны в принципе не любят схватываться с другими полимерами, так что на площади контакта нейлоновой модели и поддержек из полистирола лучше не скупиться, чтобы адгезия была более-менее приемлемой.

Второй момент — температура. Нейлоны требуют значительно более высоких температур экструзии, в некоторых случаях до 290°С, что многовато для более легкоплавкого HIPS, обычно экструдируемого при 220-240°С. При контакте со слишком горячим нейлоновым расплавом поддержки могут «поплыть», так что желательно придерживаться нижнего температурного порога нейлона, а это порядка 245°С. Также может понадобиться мощный обдув для быстрого охлаждения укладываемого нейлона. С другой стороны, снижение температуры экструзии и усиление обдува могут привести к снижению когезии и прочности самих нейлоновых изделий, так что HIPS в качестве опорного материала для полиамидов — решение компромиссное..  

При использовании HIPS в технической 3D-печати необходимо помнить об уязвимости не только к D-лимонену и потенциально другой химии, содержащей терпены, но и к концентрированной азотной и соляной кислоте, бензину и керосину, некоторым смазочным маслам, а также многим органическим растворителям, включая ацетон, бензол, толуол, дихлорэтан, дихлорметан. В то же время HIPS стоек к слабым кислотам и щелочам, большинству бытовой химии, солевым растворам, спиртам, пищевым жирам.

HIPS выдерживает эксплуатацию при температурах до примерно 80°С, но не любит морозы и становится особенно хрупким при охлаждении ниже -10°С. Прямого воздействия ультрафиолета также необходимо избегать, иначе материал будет постепенно желтеть и терять прочность.

Ударопрочный полистирол хорошо горит, так что его не следует применять в приложениях, где высока вероятность возгорания.

Полистирол часто применяется в производстве пищевой упаковки и даже одноразовой посуды, но к этому вопросу необходимо подходить осторожно, используя только сертифицированные материалы. Также необходимо помнить, что одна из составляющих HIPS — ядовитый, потенциально канцерогенный стирол. При полной полимеризации и в то же время соблюдении эксплуатационных температур он не представляет опасности, однако всегда остается возможность наличия остаточного стирола в пластике или выделении стирола при нагреве выше рекомендуемых температур — иногда достаточно 40°С. Даже произведенную в заводских условиях, с соблюдением всех правил посуду следует использовать только с холодной пищей, а от 3D-печати посуды и пищевой тары, равно как и игрушек для маленьких детей, следует воздерживаться.

3D-печать и постобработка

При использовании HIPS в качестве опорного материала потребуется как минимум двухэкструдерный 3D-принтер, либо одноэкструдерный с системой автоматической смены филамента. В последнем случае может потребоваться небольшая смена температурного режима при переключении с ABS или ASA на HIPS и обратно: рекомендуемые диапазоны экструзионных температур этих полимеров близки, но не идентичны — 240-270°C для ABS, 225-240°C для ASA и 220-235°C для HIPS. Все три материала демонстрируют высокую усадку, а потому требуют подогрева столиков для повышения адгезии и закрытых рабочих камер для термостабилизации. Столик следует подогревать до 90-100°С.

Так как ABS, ASA и HIPS содержат стирол, рабочее помещение необходимо тщательно проветривать, а в идеале оснастить рабочее место вытяжкой.

Перед 3D-печатью настоятельно рекомендуется просушивать филаменты, чтобы накопленная влага не вскипала в хотэндах и не приводила к образованию дефектов из-за неравномерной подачи расплава. И ABS, и ASA, и HIPS следует просушивать не менее четырех часов при температуре 80°С. Для просушивания отлично подойдут сушилки Creality Space Pi, доступные в вариантах на одну, две и четыре катушки..

3D-печатные модели из HIPS после сглаживания ацетоновыми парами

HIPS отлично шлифуется, легко грунтуется и красится акриловыми красками. Для химического сглаживания поверхностей и склеивания (точнее, химической сварки) можно использовать тот же D-лимонен, либо дихлорметан или ацетон. Имейте в виду, что дихлорметан и ацетон растворяют ABS и ASA, так что использовать эти химикаты для растворения поддержек из HIPS нельзя, годится только D-лимонен.

Остались вопросы? Свяжитесь с нами любым удобным способом, и специалисты 3Dtool будут рады предоставить подробную консультацию по производственному оборудованию в нашем ассортименте.

3Dtool — российский дистрибьютор и интегратор 3D-оборудования, станков с ЧПУ и промышленной робототехники.

Связаться с нами можно:

По телефону: 8 (800) 775-86-69

Электронной почте: Sales@3dtool.ru

На нашем сайте: 3dtool.ru

Наши материалы также доступны в Telegram канале, на Dzen и в группе Вконтакте