HIPS – High Impact Polystyrene – 3D Druck Filament

Was ist HIPS-Filament?

HIPS (High Impact Polystyrene) ist ein thermoplastisches Polymer, das durch die Kombination von Polystyrol mit Polybutadien-Kautschuk entsteht. Diese Kombination verleiht dem Material eine deutlich höhere Schlagfestigkeit als reinem Polystyrol. Im 3D-Druck hat sich HIPS einen besonderen Namen gemacht, da es in Limonen (d-Limonen) löslich ist – eine Eigenschaft, die es zum idealen Stützmaterial für ABS-Drucke macht.

Das Material wurde ursprünglich in den 1950er Jahren entwickelt und findet heute in vielen industriellen Anwendungen Verwendung, von Verpackungen über Gehäuse bis hin zu Spielzeug. Mit dem Aufkommen des 3D-Drucks wurde HIPS als Filament adaptiert und erfreut sich wachsender Beliebtheit in der Maker-Community.

Technische Eigenschaften von HIPS

Die technischen Eigenschaften von HIPS machen es zu einem vielseitigen Material für verschiedene Anwendungsbereiche. Das Verständnis dieser Eigenschaften ist entscheidend für die erfolgreiche Verarbeitung und Anwendung.

Chemische Beständigkeit

HIPS zeigt eine gute Beständigkeit gegenüber vielen Chemikalien, was es für verschiedene Anwendungen geeignet macht:

• Säuren und Laugen: Beständig gegen schwache bis mäßige Säuren und Basen
• Alkohole: Gute Beständigkeit gegen die meisten Alkohole
• Wasser: Ausgezeichnete Wasserbeständigkeit
• Limonen: Vollständig löslich – dies ist die Schlüsseleigenschaft für die Verwendung als Stützmaterial
• Lösungsmittel: Empfindlich gegen Aceton und andere starke organische Lösungsmittel

Optimale Druckeinstellungen für HIPS

Die richtigen Druckeinstellungen sind entscheidend für erfolgreiche HIPS-Drucke. Basierend auf aktuellen Erfahrungen aus der 3D-Druck-Community (Stand 2025) haben sich folgende Parameter als optimal erwiesen:

Detaillierte Druckparameter

Temperatureinstellungen

Die Temperatur ist kritisch für die Druckqualität von HIPS. Eine zu niedrige Temperatur führt zu schlechter Schichthaftung und Verstopfungen, während eine zu hohe Temperatur zu übermäßigem Stringing und schlechter Detailgenauigkeit führt.

• Düsentemperatur erste Schicht: 235-250°C für optimale Betthaftung
• Düsentemperatur weitere Schichten: 230-245°C für gleichmäßige Extrusion
• Druckbett erste Schicht: 100-110°C für perfekte Haftung
• Druckbett weitere Schichten: 90-100°C zur Vermeidung von Warping
• Gehäusetemperatur: 40-50°C optional für beste Ergebnisse bei großen Drucken

Geschwindigkeitseinstellungen

HIPS kann bei moderaten Geschwindigkeiten gedruckt werden, ähnlich wie ABS. Zu schnelle Druckgeschwindigkeiten können zu Problemen mit der Schichthaftung führen.

• Außenwände: 35-50 mm/s für glatte Oberflächen
• Innenwände: 45-60 mm/s
• Infill: 50-70 mm/s
• Top/Bottom: 30-45 mm/s für beste Qualität
• Support: 40-55 mm/s bei Verwendung als Stützmaterial

Retraction und Stringing

HIPS neigt weniger zu Stringing als ABS, dennoch sind korrekte Retraction-Einstellungen wichtig:

• Retraction-Distanz (Bowden): 5-7 mm
• Retraction-Distanz (Direct Drive): 3-5 mm
• Retraction-Geschwindigkeit: 40-60 mm/s
• Z-Hop: 0,2-0,4 mm optional zur Vermeidung von Narben

HIPS als Stützmaterial – Die Hauptanwendung

Die wichtigste und am häufigsten genutzte Eigenschaft von HIPS im 3D-Druck ist seine Löslichkeit in Limonen. Dies macht es zum idealen Stützmaterial für komplexe ABS-Drucke, die sonst nur schwer oder gar nicht realisierbar wären.

Warum HIPS als Support-Material?

Dual-Extruder-Setup für HIPS-Support

Für die Verwendung von HIPS als Stützmaterial benötigen Sie einen 3D-Drucker mit zwei Extrudern. Die Konfiguration ist entscheidend für erfolgreiche Ergebnisse:

Hardware-Anforderungen

• Dual-Extruder-System: Beide Extruder sollten unabhängig voneinander heizbar sein
• Heizbett: Mindestens 110°C für optimale Haftung
• Geschlossenes Gehäuse: Stark empfohlen zur Vermeidung von Warping
• Düsengröße: 0,4 mm für beide Materialien ist Standard, 0,6 mm für Support möglich

Software-Einstellungen für Dual-Material-Druck

Die Slicer-Einstellungen müssen sorgfältig konfiguriert werden:

• Prime Tower: Aktivieren Sie einen Reinigungsturm, um Materialreste zu entfernen
• Ooze Shield: Optional zur weiteren Verbesserung der Druckqualität
• Support-Abstand: 0,1-0,2 mm für einfache Entfernung nach dem Auflösen
• Support-Dichte: 15-25% für stabile Stützstrukturen
• Support-Interface: Aktivieren für bessere Oberflächenqualität

Der Auflöseprozess – Schritt für Schritt

Das Auflösen von HIPS-Stützmaterial erfordert Geduld, führt aber zu hervorragenden Ergebnissen:

Benötigte Materialien

• D-Limonen: Als Reinigungsmittel oder in konzentrierter Form erhältlich
• Behälter: Glas oder chemikalienbeständiger Kunststoff mit Deckel
• Pinsel: Zum Entfernen gelöster Reste
• Handschuhe: Limonen kann die Haut reizen
• Gut belüfteter Raum: Limonen hat einen starken Zitrusgeruch

Auflöseanleitung

1. Vorbereitung: Entfernen Sie grobes, mechanisch zugängliches Support-Material per Hand
2. Eintauchen: Legen Sie das Druckobjekt vollständig in D-Limonen ein
3. Wartezeit: Je nach Menge des Supports 8-24 Stunden einwirken lassen
4. Bewegung: Bewegen Sie das Teil gelegentlich oder nutzen Sie einen Ultraschallreiniger für schnellere Ergebnisse
5. Spülen: Nach vollständiger Auflösung mit warmem Wasser und Seife abspülen
6. Trocknen: Lassen Sie das Objekt vollständig trocknen, idealerweise 24 Stunden
7. Limonen-Wiederverwendung: Das Limonen kann mehrfach verwendet werden, bis es gesättigt ist

HIPS als eigenständiges Druckmaterial

Obwohl HIPS hauptsächlich als Stützmaterial bekannt ist, bietet es als eigenständiges Druckmaterial interessante Eigenschaften für bestimmte Anwendungen.

Anwendungsbereiche für HIPS-Drucke

Nachbearbeitung von HIPS-Drucken

HIPS lässt sich hervorragend nachbearbeiten, was es zu einem vielseitigen Material für finalisierte Projekte macht.

Mechanische Nachbearbeitung

Schleifen und Glätten

HIPS reagiert sehr gut auf mechanische Oberflächenbehandlung:

• Trockenschleifen: Beginnen Sie mit 120er Körnung und arbeiten Sie sich bis 600er oder höher vor
• Nassschleifen: Ab 400er Körnung mit Wasser für feinere Ergebnisse
• Polieren: Mit Polierpaste und weichem Tuch für Hochglanzoberflächen
• Schichtlinien entfernen: Mit Füllprimer oder XTC-3D epoxidbasiertem Beschichtungsmittel

Bohren, Sägen, Fräsen

HIPS verhält sich ähnlich wie traditionelle Kunststoffe bei der spanabhebenden Bearbeitung:

• Verwenden Sie scharfe Werkzeuge für saubere Schnitte
• Moderate Geschwindigkeiten verhindern Schmelzen durch Reibungswärme
• Kühlung mit Wasser oder Luft bei längeren Bearbeitungsvorgängen
• Gewindeschneiden ist problemlos möglich

Chemische Nachbearbeitung

Dampfglätten

HIPS kann mit Limonen-Dampf geglättet werden, ähnlich wie ABS mit Aceton. Dieser Prozess erfordert jedoch Vorsicht:

1. Erhitzen Sie eine kleine Menge D-Limonen in einem geschlossenen Behälter
2. Platzieren Sie das HIPS-Objekt über dem Dampf (nicht im Limonen!)
3. Exposition von 30 Sekunden bis 2 Minuten, je nach gewünschtem Effekt
4. Entfernen und an der Luft trocknen lassen

Oberflächenbehandlung

Grundieren und Lackieren

HIPS nimmt Farbe ausgezeichnet an, was es ideal für finalisierte Projekte macht:

• Grundierung: Kunststoff-Grundierung (Primer) sorgt für beste Haftung
• Lackarten: Acryllack, Sprühlack oder Airbrush funktionieren alle hervorragend
• Vorbereitung: Leichtes Anschleifen mit 400er Körnung verbessert die Haftung
• Mehrschichtig: Tragen Sie mehrere dünne Schichten statt einer dicken auf
• Versiegelung: Klarlack schützt die Oberfläche und sorgt für Glanz oder mattes Finish

Kleben und Verbinden

HIPS-Teile lassen sich gut miteinander verbinden:

• Lösungsmittelschweißen: Mit D-Limonen oder Aceton für stärkste Verbindungen
• Sekundenkleber: Funktioniert zuverlässig für kleine Flächen
• Epoxidharz: Für höchste Festigkeit bei großflächigen Verbindungen
• Heißkleber: Für schnelle, nicht-permanente Verbindungen

Lagerung und Handhabung von HIPS-Filament

Die richtige Lagerung von HIPS ist wichtig für gleichbleibende Druckergebnisse und lange Haltbarkeit des Materials.

Feuchtigkeitsmanagement

HIPS ist weniger hygroskopisch als PLA oder Nylon, kann aber dennoch Feuchtigkeit aufnehmen:

• Trockenlagerung: In versiegelten Behältern mit Silica-Gel Trockenmittel aufbewahren
• Relative Luftfeuchtigkeit: Idealerweise unter 30% für optimale Lagerbedingungen
• Trocknungszeit: Bei Feuchtigkeitsaufnahme 4-6 Stunden bei 65-70°C im Filamenttrockner
• Anzeichen für Feuchtigkeit: Zischen beim Drucken, erhöhtes Stringing, raue Oberfläche

Optimale Lagerbedingungen

Haltbarkeit und Alterung

HIPS hat eine gute Lagerstabilität, wenn es richtig aufbewahrt wird:

• Haltbarkeit: 2-3 Jahre bei optimaler Lagerung
• UV-Empfindlichkeit: Begrenzt, dennoch dunkle Lagerung bevorzugen
• Oxidation: Minimal, keine besonderen Vorkehrungen nötig
• Qualitätsverlust: Zeigt sich durch sprödes Material oder Verfärbungen

Vergleich: HIPS vs. andere Filamente

Um die richtige Materialwahl zu treffen, ist ein Vergleich mit anderen gängigen Filamenten hilfreich.

HIPS vs. ABS

HIPS vs. PVA (als Stützmaterial)

HIPS vs. PLA

Troubleshooting – Häufige Probleme und Lösungen

Auch erfahrene Anwender stoßen beim Drucken mit HIPS gelegentlich auf Probleme. Hier sind die häufigsten Schwierigkeiten und ihre Lösungen:

Warping und Verzug

Problem: Die Ecken heben sich vom Druckbett oder das Objekt verzieht sich während des Drucks.

Ursachen und Lösungen:

• Betttemperatur zu niedrig: Erhöhen Sie auf 100-110°C
• Fehlende Haftung: Verwenden Sie ABS-Saft, HIPS-Klebestift oder Haarspray
• Zugluft: Drucken Sie in einem geschlossenen Gehäuse
• Zu schnelles Abkühlen: Reduzieren Sie die Lüftergeschwindigkeit auf 0-20%
• Erste Schicht zu schnell: Verlangsamen Sie auf 20-25 mm/s
• Bett nicht eben: Führen Sie eine präzise Bettnivellierung durch
• Brim oder Raft verwenden: Vergrößert die Haftfläche erheblich

Schlechte Schichthaftung

Problem: Die Schichten halten nicht zusammen oder das Objekt delaminiert.

Ursachen und Lösungen:

• Düsentemperatur zu niedrig: Erhöhen Sie auf 235-245°C
• Druckgeschwindigkeit zu hoch: Reduzieren Sie auf 40-50 mm/s
• Kühlung zu stark: Lüfter auf maximal 20% stellen
• Underextrusion: Erhöhen Sie den Flow auf 102-105%
• Zugluft: Geschlossenes Gehäuse verwenden
• Feuchtes Filament: 4-6 Stunden bei 65-70°C trocknen

Stringing und Fadenzieher

Problem: Feine Fäden zwischen nicht verbundenen Teilen des Drucks.

Ursachen und Lösungen:

• Retraction-Einstellungen: Erhöhen Sie Distanz auf 5-7 mm (Bowden)
• Düsentemperatur zu hoch: Reduzieren Sie um 5-10°C
• Zu langsame Reisegeschwindigkeit: Erhöhen Sie Travel Speed auf 150-200 mm/s
• Z-Hop aktivieren: 0,2-0,4 mm verhindert Berührung beim Travel
• Feuchtes Filament: Gründlich trocknen
• Combing-Modus: In Slicer aktivieren

Verstopfte Düse

Problem: Material fließt nicht oder nur unregelmäßig aus der Düse.

Ursachen und Lösungen:

• Zu niedrige Temperatur: Erhöhen Sie auf 240-245°C
• Teilweise verstopfte Düse: Cold Pull Methode durchführen
• Verbranntes Material: Düse bei 250°C mit Reinigungsfilament säubern
• Falscher Düsendurchmesser im Slicer: Einstellungen überprüfen
• Zu hoher Retraction: Kann Material in die Kaltzone ziehen

Raue Oberflächen

Problem: Die Druckoberfläche ist ungleichmäßig oder körnig.

Ursachen und Lösungen:

• Feuchtes Filament: Hauptursache – gründlich trocknen
• Zu niedrige Düsentemperatur: Erhöhen für besseren Materialfluss
• Ungleichmäßige Extrusion: Extruder-Spannung oder E-Steps kalibrieren
• Zu schnelle Druckgeschwindigkeit: Außenwände auf 35-45 mm/s reduzieren
• Vibration: Drucker stabilisieren, Riemen spannen

Umweltaspekte und Nachhaltigkeit

Die Umweltverträglichkeit von 3D-Druck-Materialien wird zunehmend wichtiger. Hier ist die Situation bei HIPS:

Abbaubarkeit und Recycling

• Biologische Abbaubarkeit: HIPS ist nicht biologisch abbaubar und verbleibt lange in der Umwelt
• Recycling-Fähigkeit: HIPS kann recycelt werden (Recycling-Code 6 – PS), allerdings ist die Infrastruktur begrenzt
• Energieaufwand: Die Herstellung erfordert fossile Brennstoffe
• Emissionen beim Drucken: Deutlich geringer als ABS, aber höher als PLA

Verantwortungsvoller Umgang

Limonen-Entsorgung

D-Limonen ist ein natürliches Produkt, erfordert aber dennoch sorgfältige Entsorgung:

• Nicht in den Abfluss: Kann Kläranlagen beeinträchtigen
• Sondermüll: Gesättigtes Limonen mit gelöstem HIPS als Problemstoff entsorgen
• Wiederverwendung: Limonen kann mehrmals verwendet werden, bis es mit HIPS gesättigt ist
• Filtration: Grobe Partikel können herausgefiltert werden, um die Nutzungsdauer zu verlängern

Kaufberatung – Worauf beim Kauf achten?

Die Qualität von HIPS-Filament variiert zwischen Herstellern erheblich. Hier sind die wichtigsten Kriterien:

Qualitätsmerkmale

• Durchmessertoleranz: ±0,03 mm oder besser für konstante Extrusion
• Rundheit: Sollte über die gesamte Spulenlänge konsistent sein
• Farbkonsistenz: Keine Flecken oder Verfärbungen
• Spulenqualität: Sauber gewickelt ohne Verhedderungen
• Verpackung: Vakuumverpackt oder mit Trockenmittel
• Technisches Datenblatt: Seriöse Hersteller liefern detaillierte Spezifikationen

Preisklassen und Erwartungen (2025)

Renommierte Hersteller

Folgende Marken haben sich im HIPS-Bereich bewährt (ohne Wertung):

• eSUN – Große Auswahl, gutes Preis-Leistungs-Verhältnis
• Ultimaker – Premium-Qualität für professionelle Anwendungen
• Verbatim – Zuverlässige Mittelklasse-Option
• Innofil3D – Spezialist für technische Filamente
• Fillamentum – Hochwertige europäische Produktion

Zukunft von HIPS im 3D-Druck

Die Entwicklung von HIPS-Filament steht nicht still. Aktuelle Trends und Innovationen (Stand 2025):

Technologische Entwicklungen

• Verbesserte Formulierungen: Neuere HIPS-Varianten lösen sich schneller auf und haben bessere mechanische Eigenschaften
• Farb-Varianten: Zunehmend verfügbar, obwohl traditionell hauptsächlich weiß angeboten
• Bio-basierte Alternativen: Forschung an teilweise bio-basierten HIPS-Formulierungen
• Optimierte Drucker-Profile: Slicer-Hersteller integrieren voreingestellte HIPS-Profile
• Multi-Material-Systeme: Einfachere Dual-Extruder-Lösungen machen HIPS-Support zugänglicher

Marktentwicklung

Der HIPS-Markt entwickelt sich stetig:

• Preisstabilität: Preise bleiben stabil bis leicht sinkend durch erhöhte Konkurrenz
• Verfügbarkeit: Immer mehr Anbieter führen HIPS in ihr Sortiment ein
• Professionalisierung: Zunehmendes Interesse aus der Industrie
• Nischen-Anwendungen: Neue Einsatzbereiche werden erschlossen

Konkurrierende Technologien

HIPS steht in Konkurrenz zu anderen Lösungen:

• Wasserlösliche Supports (PVA, BVOH): Bequemer, aber temperaturlimitiert und teurer
• Abtrennbare Supports: Verbesserte Slicer-Algorithmen machen mechanisch entfernbare Supports effizienter
• Support-freie Designs: Optimierte Konstruktionsmethoden reduzieren Support-Bedarf
• Alternative chemische Lösungen: Neue lösliche Materialien in Entwicklung

Fazit: Ist HIPS das richtige Material für Sie?

HIPS ist ein vielseitiges Filament, das seine Stärken besonders als Stützmaterial für ABS-Drucke ausspielt. Die Löslichkeit in Limonen ermöglicht komplexe Konstruktionen mit hervorragenden Oberflächen, die mit anderen Methoden kaum realisierbar wären.

HIPS hat seinen festen Platz im 3D-Druck-Material-Arsenal und wird besonders von fortgeschrittenen Anwendern geschätzt, die komplexe, hochwertige ABS-Drucke realisieren möchten. Mit der richtigen Ausstattung und etwas Übung eröffnet HIPS kreative Möglichkeiten, die mit anderen Materialien kaum erreichbar sind.

Die Kombination aus Funktionalität als Stützmaterial und eigenständigem Druckmaterial macht HIPS zu einer wertvollen Ergänzung für jeden, der sein 3D-Druck-Repertoire erweitern möchte. Die etwas höheren Anforderungen an Drucker und Prozess werden durch die Ergebnisqualität mehr als ausgeglichen.