什么是水溶性丝？

ABS和PLA材料是3D打印的主角，几乎占据了大多数工程师的视线，但是水溶性细丝通常不会引起太多关注。实际上，它还默默地改变了支持结构，其独特的溶解特征。本文将带您探索这个利基市场，但要深入探索关键领域，并根据水溶性材料的类型和使用技能进行分析。

The dissolution process of water-soluble filament

什么是水溶性丝？

水溶性细丝是一种3D打印材料，可以在水中融化。人们用它来打印模型的支持结构。当您打印螺旋空心结构时，整个型号会浸入40℃水中。这些支持像蜘蛛网一样精确，将在6小时内自动消失，与手动处理相比，表面饰面将提高300％！

目前，主流水溶性丝是PVA，BVOH和臀部。 PVA需要在温水中浸泡几个小时才能融化，但适合与普通PLA材料一起使用。 BVOH在冷水中融化得更快，可以在两个小时内清洁，但价格比PVA昂贵。两种材料都害怕水分，应在普通时间存放在密封的袋中。臀部材料不能直接用水融化，需要特殊的化学溶剂。

What is water soluble filament?

什么是常见的水溶性丝类型？

1.PVA材料

PVA材料是一种代表性的水溶性细丝材料。它可以在室温下溶解在水中，但需要将其浸泡4-8小时。喷嘴温度在打印过程中需要稳定在190℃-220℃之间。它对空气湿度很敏感，当湿度超过30％时，很容易潮湿和恶化。在潮湿的环境中，需要从长期存储中避免它。 PVA材料适用于使用PLA材料的复杂模型制造支持结构。

2.BVOH材料

BVOH比PVA更耐用。它可以在20℃冷水中溶于冷水不超过2小时，并且其耐水性比PVA高出50％以上。打印温度较高（210-230℃），适用于需要抵抗高温的模型。同时，打印温度不应低于210℃，这很容易阻止喷嘴。

3.Hips材料

臀部材料属于基于溶剂的支撑材料。如果您想使用水溶性材料打印ABS，则是最好的选择，并且必须使用D-二烯烯溶解。我们将模型浸泡30-60分钟，等待支撑结构完全软化，然后将其卸下并清洁。

该材料需要高的打印温度，并且喷嘴需要保持240℃-260℃的工作温度。适用于需要高强度支持的大型模型或结构。在操作过程中戴防护手套，并在通风良好的环境中处理溶剂。

技术参数比较表

特征	PVA	bvoh	臀部
溶解培养基	正常温度水	冷水	D-二烯
解散时间	4-8H	≤2H	0.5-1H
打印温度	190-220℃	210-230℃	240-260℃
适用的主要材料	PLA课	一般使用	腹肌

安全提示：

当您使用臀部（一种水溶性材料）时，D-二烯烯溶剂是挥发性的，并且必须在操作环境中确保空气循环。建议装备防毒面具和耐腐蚀手套。废物应根据化学处理标准进行回收，并禁止直接排放到下水道系统中。

Types of water-soluble filaments

为什么在复杂的3D印刷品中使用水溶性支撑物？

1.几何适应性

水溶性脚手架会自动通过库拉和Fillamentum等软件插件创建树木，例如支撑结构。这种结构可以紧密粘附在复杂模型的表面上。

解决极端悬垂的问题：对于伸向角度的部分小于15度（例如涡轮刀片表面s），支架可以防止在打印过程中材料下垂或破裂。
智能差距填充：在齿轮咬或血管模型的分支，支架会自动填补传统支持无法达到的小空白。
案例应用：LS在某个航空航天组件的原型打印中使用水溶性支架成功地实现了0.2mm的精度网状冷却通道结构。

2.表面改进

水溶性支架和模型之间的接触表面的粗糙度值可以在3.2微米以内控制，这是传统支撑的两倍以上。

接触表面优化：括号溶解后，仅在模型表面上留下轻微的痕迹。用湿布擦拭以达到可以直接涂漆的光滑度。
医疗领域的突破：在某个人造耳朵打印项目中，由水溶性支架支撑的软骨结构表面可以直接用于硅酮翻转，而无需进行次级抛光。

数据比较：

去除传统支撑后，表面上有毛刺（粗糙度≥6.3μm）。
拆除水溶性支架后，它接近原始印刷表面（粗糙度≤3.2μm）。

3。综合效率提升

在采用水溶性支持后，用户可以将后处理时间减少超过70％。对于具有内部结构的模型，这一点尤其明显。

时间成本比较：

生产过程	传统支持需要时间	水溶性支架耗时
删除支持	45分钟/件	浸泡5分钟
表面处理	30分钟的抛光	擦拭2分钟

特殊结构应用：

汽车油电路模型：溶解支架后，内径为0.8mm的弯曲管被完全保留。
机械手表的原型：32个嵌套齿轮组可以一次完全拆除。
减少人工成本：根据LS批处理生产项目数据，使用水溶性支架的使用已将单件劳动力的成本从8.7美元降低到2.1美元。

LS操作过程的特定改进方法

无人机螺旋桨的原型生产过程：

传统方式：
手动拆除支撑导致三个螺旋桨叶片的变形。
修理表面需要2个小时。
最终废料率为25％。
水溶性支持计划：
将60℃温水浸泡90分钟，然后自动分开。
棉签清洁需要5分钟才能满足组装要求。
废料率已降至2％以下。

防范措施：

水温控制：建议使用恒温水箱（误差为±2℃）。
溶解时间：每毫米的支架厚度浸泡15分钟。
废水处理：在出院之前，需要允许PVA解决方案定居24小时。

Tree like support structure

如何防止印刷过程中的细丝吸收水分？

1.密封的喂养系统

建议使用带有密封的干燥盒（例如Prusa MMU3）的喂养系统。该系统将灯丝存储在湿度低于15％的封闭环境中。

工作原则：
变色的硅胶干燥剂放在材料盒中（蓝色变红时更换）。
喂食管使用橡胶密封件防止空气进入。
灯丝从干燥盒到打印头的封闭通道。

效果比较：水分含量PVA水溶性丝在普通的开放架上储存3天，达到8％，而密封系统的水分含量在7天后仍低于2％。

2.智能湿度监测系统

设备配置：打印机内安装了高精度湿度检测器。探针每5分钟一次检测到环境数据，测量误差不超过湿度值的±3％。

触发警报：

当PVA材料的存储环境的湿度超过35％并且BVOH材料的湿度超过45％时，控制系统将点亮设备警告灯，然后向操作员的手机发送推送通知，并最终自动暂停打印作业。这种预警机制可以防止吸湿材料进入高温喷嘴以产生气泡并破裂，并且避免在印刷零件的表面上像月球火山口状的缺陷。

链接功能：一些工业级设备可以自动启动材料盒加热（40°温暖的空气循环）。

操作案例：制造商空间的测量数据表明，安装监测系统后，由于水分引起的打印失败率从27％降低到6％。

3.紧急干燥方法

PVA细丝：我们应该将PVA水溶性细丝放入60°恒温烤箱中，将其平放在金属网格上（禁止重叠），然后继续干燥4小时。当体重不再减轻时，可以停止。

BVOH细丝：使用50℃热气枪在周期内将其吹，或将其放入食品烘干机中2小时。当表面不粘时，它证明了BVOH丝已经恢复正常。

防范措施：

请勿使用微波加热（这会导致局部碳化）。
干燥后，使用前需要将其冷却至室温。
每卷丝都可以反复干燥3次。

5，防水技术

每日存储：建议冷藏未打开的细丝（5-10℃），对于打开的细丝，应将它们包装在自密封袋中，并加入2包Desiccant。

雨季的方法：在打印机周围放置一个除湿机，并每次在3分钟内控制材料更改时间

快速自我测试方法：首先将20厘米的水溶性细丝放入密封的袋子中，剧烈摇动，并观察袋子是否被雾化。如果雾蒙蒙，则意味着水分含量超过了安全价值。

需要哪些打印机修改？

1.双耳嘴系统解决方案

主和辅助喷嘴匹配：

主要喷嘴使用0.4毫米标准喷嘴，IS负责打印模型的主要材料（例如PLA或ABS）。辅助喷嘴使用0.6毫米宽口喷嘴，该喷嘴用于挤出水溶性丝（例如PVA/BVOH）。两个喷嘴之间的距离需要调整到1.5毫米以内，以防止运动过程中发生碰撞。

精确的温度控制：

主要喷嘴和辅助喷嘴需要独立的加热模块。例如，当打印PLA时，主喷嘴被加热至210°C，而辅助喷嘴在200-220°C下打印PVA（温度差不超过±10°C）。建议在辅助喷嘴中添加一个铜散热器，以防止高温影响水溶性材料的稳定性。

材料运输隔离：

从馈线到喷嘴的路径必须完全分开。使用由特氟龙制成的导管来防止PLA与水溶性细丝接触并吸收水分。修改后需要进行测试：连续打印8小时，并检查导管中的水滴是否凝结。

2.抗污染的修改度量

高温隔离盖安装：

在两个喷嘴之间安装由硅胶材料制成的U形挡板。挡板需要承受300℃的高温，在喷嘴工作时会自动收缩，并在闲置时扩展到分离。测试方法：将两种材料加热到230℃同时，并观察30分钟内是否有钢丝图和粘附。

自动清洁功能：

辅助喷嘴上安装了旋转清洁刷。印刷了每一层支持结构之后，刷子将自动从喷嘴中剩下的水溶性细丝碎片上刮下来。建议每周用酒精棉垫手动清洁刷头，以防止碳沉积影响清洁效果。

防湿喂养系统：

在水溶性细丝的喂食路径上安装了一个小的干燥盒，并将变色的硅胶放在里面。当硅胶从蓝色变为粉红色时，这意味着湿度超过20％，需要立即更换。实际测量数据：安装后PVA丝的断裂率降低了85％。

3.打印平台优化详细信息

复合底板设计：

底板的底层保留PEI涂层（适用于普通材料附件），表面粘贴了可泪的蓝色遮罩胶带。胶带厚度以0.1 mm的速度控制。太厚会导致喷嘴高度校准误差。测试表明，这种设计使支撑结构更容易剥离，并且删除时间缩短了50％。

分区温度调节：

打印水溶性支撑时，平台温度从常规的60℃降低到50℃。可以通过将铝箔粘贴在胶带下，以防止支撑材料过于牢固地粘贴来实现局部冷却。案例证明：冷却后，支撑残留物减少了70％。

表面预处理提示：

在蓝色胶带的表面上喷涂稀释的固体胶（浓度为5％）。这可以使模型车身更牢固，而水溶性支撑仍然很容易剥落。请注意，每3次打印需要重新喷涂它。喷洒过多会导致支撑溶解更长的时间。

3D printer settings modification

如何优化厚支撑的溶解时间？

PVA厚的支撑有效溶解操作指南

1.设备准备点

我们使用40kHz超声清洁机作为主要设备，水温必须稳定在40°±2°的范围内。建议您选择一个容量不超过10升的清洁箱，以使超声波能量更加集中。操作时，该模型应放置在高温抗性网篮中，并且不得直接接触储罐底部的振动板。

2.步骤逐步操作过程

第一步是预处理，我们需要使用注射针在支撑面上的每5mm上戳2mm深空孔。

正式溶解分为两个阶段：首先，使用超声波振动3小时以溶解8-10mm的支撑层；然后关闭超声波波，但保持水循环2小时以彻底冲洗内部残留物。

3.键控制指标

特别注意必须超过50℃的水温，上次我对其进行测试的温度超过了2度，然后PLA模型显示明显的变形。每次都可以处理最多3千克的模型，并且过多的量会导致清洁效率下降30％以上。振动头必须每周用柠檬酸溶液清洁，否则尺度将使超声波强度降低约40％。建议将温度计放置在水箱中进行实时监控，这尤其重要！

BVOH材料的加速溶解方案

1. ACID解决方案增强程序

我们将在水中添加5％的柠檬酸，并将pH值调整为2.8至3.2之间。在此浓度下，BVOH的溶解速率可以从每小时0.33毫米增加到0.55 mm。请记住每两个小时用测试纸测试pH值 - 我建议使用精密测试纸，普通测试纸有太多错误！

2.专门温度控制

我们将水温保持在25至30度之间。如果温度太高，则柠檬酸会过早失效。当您需要在冬季使用供暖棒时，请确保注意温度计！一旦我遇到了一个无法很好地控制它的客户，水温飙升至37度，但支撑溶解速度慢了40％。溶解后必须用干净的水冲洗干净，这尤其重要！

3.三步拆除过程

首先，浸泡了半小时。同时，大支持者松开了，我们可以手动去除约60％的支撑结构。然后打开空气泵以供应气泡，每两个小时加1％的柠檬酸。不要忘记使用细管吹泡泡，因为大气泡会破坏溶解效果。最后，用软牙刷去除螺纹孔清洁。我意识到不可能使用硬毛的人，因为它可以刮擦模型的表面。

关键数据备忘录：

柠檬酸浓度：5％（PH2.8-3.2）。
溶解速率：0.55mm/h（比清水快1.8倍）。
温度限制：35℃（过时将沿相反方向减速）。
酸补充频率：每2小时1％。

该解决方案可能会将最初的8小时溶解时间减少到4.5小时，但请注意废物液体的处理！现在，我们的实验室可以节省废物以进行中和治疗，并且永远不要将其直接倒入下水道中。

概括

我们发现，水溶性细丝正在成为制造业中无形的魔术师。这些在与水接触时熔化的塑料线完全具有改变了我们处理复杂零件的方式。去年，我们的团队使用PVA丝制作钛合金叶片，其厚度仅为0.1毫米。在温水中浸泡两个小时后，辅助结构消失了，没有痕迹，这比传统腌制过程快六倍。

这些材料正在突破我们的想象力的边界。如果您仍在为复杂的结构支持问题而苦苦挣扎，那么是时候让这些“消失的塑料助手”一个机会了！他们正在为制造业开辟新的可能性。

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