HIPS Filament, auch bekannt als High-Impact Polystyren, ist ein thermoplastisches Polystyrol. Polystyrol ist eines der ältesten Thermoplaste weltweit und entsteht durch die Polymerisation des monomeren Styrols.

Das Material wurde 1839 vom deutschen Apotheker Johann Eduard Simon entdeckt. Zu Beginn destillierte er eine ölige Substanz aus einem Eukalyptusbaum. Einige Tage nach der Synthese stellte er zu seinem Erstaunen fest, dass das von ihm hergestellte Styrol zu einer geleeartigen Substanz angedickt war, die er zunächst "Styroloxid" nannte.

Es dauerte aber erst fast noch ein Jahrhundert, ehe Fachleute das volle Potenzial und erkannten und begannen, das Material in der Industrie zu verwenden. Das erste Unternehmen, welches dieses Material verwendete, war die IG Farben, ein renommierter deutscher Chemie- und Pharmakonzern.

Das reine Polystyrol im ursprünglichen Zustand ist jedoch äußerst zerbrechlich. Es wurde deshalb mit Polybutadien oder Kautschuk kombiniert, um ein Copolymer zu bilden und es dadurch zu stärken, d. h. reines Polystyrol wurde in HIPS verwandelt.

Es weist optimale Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, Wärmebeständigkeit und vor allem Hygiene auf und wird deshalb hauptsächlich in der Verpackungsindustrie verwendet.

Besonders bei Einweggeschirr und Gehäusen für elektronische Baugruppen wird es eingesetzt sowie für CD- und DVD-Hüllen. Heutzutage wird HIPS auch zur Herstellung von Autoteilen, elektronischen Geräten, Laptopgehäusen, Softdrinkbechern, Plastikbesteck, Lebensmittelverpackungen und einer Vielzahl anderer Produkte verwendet. Das Besondere an HIPS ist seine antibakterielle Wirkung, weshalb man dieses Material oftmals in unseren Kühlschränken findet.

HIPS lässt sich leicht thermisch verformen und ist zu 100 % recycelbar.

3D-Druck mit HIPS Filament

Diagramm Allgemeine Eigenschaften HIPS Filament

HIPS Filament besitzt eine hervorragende Festigkeit und besticht dabei besonders durch seine glatte und kratzfeste Oberfläche.

Schlagfestigkeit und Langlebigkeit sind mit ABS vergleichbar.

HIPS und ABS haben nahezu identische Drucktemperaturen. Die Filamente liegen sauber aneinander, ohne sich aufgrund von Hitze zu verziehen oder zu verformen.

HIPS kann sowohl als Stützmaterial als auch als Hauptmaterial verwendet werden. Aufgrund seines geringen Verzugs während des Druckes eignet es sich für große Bauteile ebenso wie für feine Details.

Es ist sehr wärmebeständig und besitzt nebenbei noch eine gute Isolationseigenschaft.

HIPS nimmt gegenüber PVA deutlich weniger Wasser auf, was zu weniger Druckproblemen führt.

HIPS Filament ist ungiftig und kann recycelt werden. Auf UV-Strahlen reagiert es aber sehr empfindlich.  

Es ist beständig gegen Laugen, Mineralöl und Säuren. Wie PVA kann das Material komplett aufgelöst werden, jedoch nicht mit normalem Leitungswasser. Man braucht dazu Limonene.

Ein wichtiger Punkt bei der Arbeit mit HIPS Filament ist die Frischluftzufuhr im Raum. Wenn man nicht darauf achtet, kann das zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen, da die beim Erhitzen entstehenden Dämpfe die Atemwege reizen.  

HIPS wird erst ab einer Temperatur von 110° C weich.

Die Kosten für HIPS Filament liegen im Durchschnitt bei 30-60€ pro KG.

Allgemeine Eigenschaften

High-Impact Polystyrene - HIPS


Materialgruppe

Thermoplastischer Kunststoff

Dichte

1,07g/cm³

Schlagzähigkeit

3,5 J/cm²

Zugfestigkeit

55 N/mm²

Bruchdehnung

8-10%

Flammbarkeit

normal entflammbar

Witterungsbeständigkeit

normal

Einsatztemperaturen (Dauereinsatz)

-40°C bis 90°C

Mögliche Anwendungen von HIPS Filament

Aufgrund seiner löslichen Eigenschaft wird HIPS-Material im 3D-Druck überwiegend als Support-Material genutzt. Es gibt aber einige Einsatzgebiete, bei denen die technischen Eigenschaften des HIPS Filament nutzbar gemacht werden. Zum Beispiel:

  • Modellbau
  • Leichtbau
  • Prototypen
  • Zahnräder
  • Kostüme
  • Lampen
  • Dekorative Elemente

Vor-und Nachteile von HIPS Filament

Vorteile:

  • Hohe Schlagfestigkeit und Bruchfestigkeit
  • Kaum Verzug/Warping
  • Leicht und langlebig
  • Geeignet für komplexe oder große Druckobjekte
  • Geringe Wasseraufnahme
  • Hohe Temperaturbeständigkeit
  • Resistent gegenüber Laugen
  • Lösliches Stützmaterial
  • Gute Färbbarkeit mit Acrylfarben,
  • Schleif- und klebbar
  • Kostengünstig und billiger als PVA
  • Recycelbar
  • Antibakteriell
  • Schöne Optik

Nachteile:

  • Keine UV-Beständigkeit des Filaments
  • Erfordert hohe Drucktemperaturen
  • Belüftung empfohlen
  • Heizbett notwendig für bessere Haftung
  • Geschlossener Bauraum verbessert die Druckqualität

Vorüberlegung beim 3D-Druck mit HIPS Filament

3D-Drucker Voraussetzungen:

1. Beheiztes Druckbett

Beim 3D-Druck mit HIPS ist ein beheizbares Druckbett unbedingt notwendig. Generell haftet es zwar gut auf dem Druckbett und es kommt selten zum Warping. In der Kombination mit ABS oder ähnlichen Kunststoffen ist ein beheizbares Druckbett aber unabdingbar.

2. Geschlossener Druckraum (optional)

Ein geschlossener Druckraum ist kein Muss, jedoch kannst du damit mögliche Druckfehler (z.B. Warping) umgehen bzw. auf ein Minimum reduzieren. Mit Hilfe des geschlossenen Druckraums kann eine erhöhte Umgebungstemperatur aufrechterhalten werden, wodurch der komplette Druck gleichmäßiger abgekühlt.

3. Dual Drucker

Wenn du das HIPS Filament nur für die Stützstrukturen verwenden möchtest, benötigst du einen 3D-Drucker mit mindesten zwei Düsen.

Welches Material ist kompatibel mit HIPS?

Generell ist es wichtig, dass Support- und Bauteilmaterial ungefähr mit der gleichen Extrusionstemperatur arbeiten.

Je nach Hersteller eignet sich HIPS Filament für folgende Materialien als Stützmaterial:

ASA, ABS und PETG.

Achte hierbei aber immer auf die Herstellerangaben. Als alternatives Supportmaterial kannst du auch PVA Filament verwenden. Dies ist allerdings besser für PLA Filament geeignet.

Lagerung:

HIPS hat die Fähigkeit, Wasser zu binden. Nicht so stark wie PVA aber dennoch sollte man die Filamente trocken lagern. Luftdichte ZIP-Beutel mit dem Trocknungsmittel Silica eignen sich gut dafür.

Neben der trockenen Lagerung achte darauf, das Material vor UV-Strahlen zu schützen.

Trocknung:

Sollte das Filament nach einiger Zeit doch Feuchtigkeit aufgenommen haben, so kannst du es mit Hilfe eines Dörrgeräts oder auch im Backofen einfach wieder trocken. Im Handel sind auch professionelle Trocknungsboxen erhältlich.

Temperatur und Trocknungszeit für HIPS liegen bei ca. 70-80°C mit 2-4 Stunden Umluft.

Bitte teste vorher mit einem kleinen Stück Filament ob es so passt, bevor die ganze Rolle im Ofen schmilzt.

Sicherheit:

Beim Druck mit HIPS können gesundheitsschädliche Dämpfe entstehen. Es ist geschmacks- und geruchsneutral. Ein geeigneter Raum mit regelmäßiger Frischluftzufuhr ist generell zu empfehlen.

Welche Slicing-Einstellungen verwende ich für HIPS Filament?

Bei den folgenden Ausführungen kann es sich nur um Empfehlungen handeln, da die verschiedenen Werte je nach Zusammensetzung des Filaments meist etwas abweichen.

Zu Beginn solltest du immer mit den jeweiligen Herstellerangaben arbeiten, die im Anschluss durch eigene Erfahrungswerte ergänzt bzw. verändert werden können.

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Drucktemperatur (220°C - 260°C)

Beim Drucken mit HIPS Filament werden meist hohe Drucktemperaturen zwischen 220-260°C benötigt. Je höher die Drucktemperatur, desto besser ist auch die Schichthaftung.

Dabei ist zu bedenken, dass sehr hohe Temperaturunterschiede zwischen Druckdüse und Druckbett schneller das unerwünschte „Warping“ zur Folge haben können.

Zu hohe Temperaturen erkennt man an verlaufenen Schichten und Fäden am Bauteil.

Sollten die Schichten jedoch fleckig und etwas rau sein, ist das ein Zeichen für eine zu geringe Drucktemperatur.

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Druckbett und Druckbetttemperatur (70°C - 110°C)

Beim Druck mit HIPS Filament ist ein beheizbares Druckbett kein muss. Es kommt sehr auf die Beschaffenheit des Druckbettes an. Generell kann mit einem beheizbaren Druckbett die Druckbetthaftung deines Bauteils verbessert werden.

Der Temperaturbereich liegt zwischen 70°C und 110°C, ist je nach Hersteller verschieden.

Je größer dein Bauteil, desto höhere Kräfte wirken zwischen den Schichten. Um diesen Kräften entgegenzuwirken sowie Warping zu vermeiden, trage vor dem Druck etwas Haftverstärker auf das Druckbett auf. Gerade bei Glasplatten können Kapton-Band, Haarspray, Haftkleber oder Haftspray ein guter Haftverstärker sein.

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Druckgeschwindigkeit (30mm/s - 80mm/s)

Damit die gedruckte Stützstruktur aus HIPS nicht zerbricht, solltest du normale Druckgeschwindigkeiten zwischen 30mm/s und 80mm/s nutzen.

Je höher die Druckgeschwindigkeit gewählt wird, desto höhere Drucktemperaturen werden benötigt, damit das Material auch rechtzeitig zu Schmelzen beginnt.

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Druckgeschwindigkeit erste Schicht (15mm/s - 30mm/s)

Damit die Haftung zwischen der ersten Schicht und dem Druckbett auch ausreicht, sollte für die erste Schicht immer eine geringe Druckgeschwindigkeit gewählt werden.

Mit 15mm/s bis 30mm/s habe ich gute Erfahrungen gemacht.

Gerade bei scharfen Ecken konnte ich dem „Warping“ so entgegenwirken.

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Kühlung (0% - 20%)

Der Lüfter für dein Druckobjekt sollte während des Drucks mit HIPS Filament nicht benutzt werden oder ggf. nur auf geringer Stufe laufen (0-20%).

Generell kann man empfehlen, HIPS mit ausgeschaltetem Bauteillüfter zu drucken. Die Schichthaftung wird dadurch maximiert. 

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Füllung

Da dieses Material meist nur als Support-Material genutzt wird, spielt die Fülldichte eine untergeordnete Rolle.

Trotzdem sollten Bauteile aus HIPS mit einer geringen Fülldichte von ca. 15-30% gedruckt werden. Nur so werden große Spannungen im Bauteil vermieden.

Tipp:

Eine gute Möglichkeit, die Stabilität der Bauteile mit geringer Fülldichte zu erhöhen, ist die Vergrößerung der Wandstärke.

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Schichthöhe

Je größer die Schichthöhe, desto höher muss die Drucktemperatur sein, weil eine größere Menge an Material aufgeschmolzen werden muss. Die Schichthöhe von 0,2mm sollte bei HIPS-Material nur geringfügig überschritten werden. Die sonst entstehenden Spannungen zwischen den einzelnen Schichten hätten unschöne gespaltenen Schichten zur Folge.  

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Schichthöhe erste Schicht

In der Regel sollte die erste Schicht 150% der normalen Schichthöhe betragen. Das erhöht die Gesamtkontaktfläche und die Haftung auf dem Druckbett verbessert sich.

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Druckbetthaftung

Grundsätzlich ist eine gute Druckbetthaftung bei HIPS-Material meist gegeben. Es gibt dadurch kaum Druckprobleme.

Der richtige Abstand zwischen Druckbett und Druckdüse ist jedoch außerordentlich wichtig.

Zur weiteren Verbesserung der Druckbetthaftung können in den Slicern verschiedene zusätzliche Funktionen wie „Raft“ und „Brim“ nützlich sein.

Raft: Beim Raft wird eine horizontale Struktur unter das komplette Bauteil gedruckt. Diese große Oberfläche haftet sehr gut auf dem Druckbett, hinterlässt jedoch Spuren auf der Unterseite.

Brim: Mit Hilfe der Brim-Funktion werden in der ersten Schicht mehrere Bahnen um das Bauteil gedruckt, wodurch sich die Auflagefläche vergrößert. Diese nicht zum Bauteil gehörigen Bahnen müssen nach dem Druck entfernt werden.

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Flussfaktor

Eine entscheidende Änderung des Flussfaktors ist beim Druck mit HIPS Filament nicht notwendig.

Je nach Einstellung des 3D-Druckers und der Qualität des Druckergebnisses kannst du auch hier mit den Herstellerwerten experimentieren.

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Retraction

Der Rückzugsweg und die Rückzugsgeschwindigkeit können je nach Art des Extruders variieren.

Ein Bowden-Extruder benötigt in der Regel einen größeren Rückzugsweg, da hier der Weg zwischen der Druckdüse und dem Materialförderrad länger ist als beim Direct-Extruder.

Die Einzugslänge für Direct-Extruder liegt zwischen 0,5mm-2mm. Bei den Bowden-Extrudern dagegen werden schon Längen zwischen 4mm-8mm notwendig.

Die Rückzugsgeschwindigkeiten sollten sich zwischen 20mm/s bis 45mm/s einpendeln.

Spezial Funktion:

Gerade bei Kombinationen aus HIPS und ABS bzw. ASA ist es wichtig, dass kein Luftstrom an das Bauteil gelangt. Nur so kann Warping vermieden werden.

Eine gute Möglichkeit, den kalten Luftstrom vom Bauteil weg zu leiten, kann über den Slicer durch eine Art Windschutz erzeugt werden. 

Hierbei wird eine einschichtige Wand um das Bauteil gedruckt, die verhindert, dass der Luftzug auf das eigentliche Bauteil trifft. Unser „Windschutz“ verhindert nicht nur das Warping sondern reduziert auch das Problem der gespaltenen Schichten.

Beim Druck mit HIPS Filament kannst du den oberen Abstand zwischen Stützstruktur und Bauteil auf „null“ setzen. Du erzeugst so eine schönere Oberfläche, weil das HIPS später komplett aufgelöst wird.

Diese Option kann ebenfalls für die Raft-Einstellung zur Verbesserung der Druckbetthaftung verwendet werden.

Häufige Druckfehler beim 3D-Druck mit HIPS Filament

Was tun bei Stringing(Fäden)?

Dieser Fehler tritt auf, wenn der Druck in der Düse zu groß ist und das aufgeschmolzene Material unter dem Einfluss der Schwerkraft aus der Düse läuft.

Zur Fehlerbehebung gibt es verschiedene Möglichkeiten:

  •  Rückzugs-Einstellungen verändern
  •  Drucktemperatur reduzieren
  •  Flussrate reduzieren
  •  Linienbreite verringern
  •  Lüftergeschwindigkeit erhöhen
  •  Düse reinigen

Was tun bei schwacher bzw. fehlender Stützstruktur (Weak and missing support)?

Mit Hilfe einer Stützstruktur können Objekte gedruckt werden, die sonst nur sehr schwer zu realisieren sind. Modelle mit großen Überhängen sowie Brücken oder Modelle, deren Konturpunkte theoretisch in der „Luft“ gedruckt werden müssten.

Wodurch können Probleme in der Stützstruktur reduziert werden:

  • Druckgeschwindigkeit reduzieren
  • Form der Stützstruktur ändern
  • Stützdichte erhöhen
  • Druckbetthaftung aktivieren
  • Isolierte Stützstrukturen vermeiden

Was tun bei Feuchten Filament(Moist Filament)?

Filamente nehmen in kurzer Zeit viel Feuchtigkeit auf, was wesentlichen Einfluss auf die Materialeigenschaften hat.

Feuchtes, weiches Filament macht den Materialvorschub äußerst schwierig, deshalb ist es wichtig nur trockenes Material zu verwenden.

Was sind die Anzeichen von nassem Filament?

  • Knall-/Knackgeräusche beim Extrudieren
  • Weißer Rauch beim Extrudieren
  • Tropfen an den Außenflächen
  • Ungleichmäßige Linienbreiten
  • Raue Oberfläche
  • Reduzierte Schichthaftung
  • Instabile Druckteile


Weitere Druckfehler schnell und effektiv beheben?

Nachbearbeitung von drucken aus HIPS Filament

HIPS Filament kann mit Limonenen komplett aufgelöst werden. Dieser Vorgang dauert je nach Konzentration bis zu 24 Stunden.

Obwohl es häufig nur als Support-Material genutzt wird, kann HIPS gut nachbearbeitet werden.

Du kannst deine Bauteile bemalen, lackieren, schleifen, sandstrahlen, bekleben und sogar chemisch glätten.

Wichtige Fragen zum HIPS Filament

Ist das HIPS Filament gesundheitsschädlich?

Grundsätzlich Nein.

Beim 3D-Druck entstehen aber auch hier schädliche Dämpfe, die zu Irritationen der Augen oder der Atemwege führen können. Deshalb ist ein gut belüfteter Raum beim 3D-Druck immer sehr wichtig.

Ist HIPS lebensmittelecht?

Ja – HIPS ist grundsätzlich lebensmittelecht, weshalb dieser Kunststoff häufig in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie eingesetzt wird.

Ähnlich wie beim PLA Filament oder PETG Filament sind 3D-gedruckten Bauteile hingegen nicht mehr lebensmittelecht. Der schichtweise Aufbau beim 3D-Druck lässt kleine Unebenheiten und Löcher entstehen, in denen sich Bakterien ansammeln können. Um 3D-gedruckte lebensmittelechte HIPS-Bauteile zu erhalten, müssen diese beschichtet oder chemisch geglättet werden.

Ist HIPS recycelbar?

Ja - HIPS kann in deinem örtlichen Recyclingzentrum vollständig recycelt werden.

Für welche Materialien eignet sich HIPS Filament als Support-Material?

HIPS Filament eignet sich besonders gut als Support-Material für ABS, ASA und für einige PETG Sorten.

Wie lange braucht HIPS zum Auflösen?

Das Auflösen von HIPS dauert mehrere Stunden (ca.24Std) und ist abhängig vom Mengenverhältnis zwischen Material und Limonenen.

HIPS Filament online kaufen

Hier findest du eine Übersicht, wo du HIPS Filament online kaufen kannst. Die Paltzierung erfolgt rein zufällig.

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filamentworld

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3djake

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3DMensionals

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igo3d

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