Spis treści:
- 1 Was ist Filament und wie sieht es aus?
- 2 Die Wahl des richtigen Filaments
- 3 Beliebtes Duo. PLA- oder ABS-Filamente?
- 4 Das schwarze Pferd des 3D-Drucks - Nylon als Filament
- 5 Flexible Filamente, thermoplastische Elastomere - TPU im 3D-Druck
- 6 Lösliche HIPS-Filamente - die Hauptstütze des 3D-Drucks
- 7 Einen Schritt weiter. SLA-3D-Druckharze
- 8 Filamentauswahl in kurzgefasst, oder was zu beachten ist
Wir geben einen Überblick über die Vor- und Nachteile der verschiedenen 3D-Druckmaterialien sowie über einige Grundlagen, die Sie kennen sollten, bevor Sie Ihre ersten Drucke aus Filament machen.
Was ist Filament und wie sieht es aus?
Filamente die beim 3D-Druck verwendet werden, sind Thermoplaste, d. h. Kunststoffe (Polymere), die beim Erhitzen eher schmelzen als brennen, sich formen und gießen lassen und beim Abkühlen erstarren. Sie sehen aus wie bunte Fäden, die auf einer Spule aufgewickelt sind. Das Filament wird in die Heizkammer des Extruders des 3D-Druckers geleitet, wo es bis zu seinem Schmelzpunkt erhitzt und dann durch eine Metalldüse gedrückt wird. Die Extrudereinheit bewegt sich, folgt dem in der 3D-Objektdatei programmierten Pfad und erzeugt schließlich das gedruckte Objekt aus dem Filament, Schicht für Schicht. Obwohl die meisten 3D-Drucker einen einzelnen Extruder haben, gibt es auch Modelle mit zwei Extrudern, die ein Objekt in verschiedenen Farben oder mit verschiedenen Filamenttypen drucken können.
Filamente werden in Spulen mit einem Gewicht zwischen 0,5 und 2 Kilogramm verkauft. Es ist in den Stärken 1,75 mm und 3 mm erhältlich – letzteres ist tatsächlich etwas dünner und liegt bei 2,85 mm. Die überwiegende Mehrheit der Filamente hat eine Stärke von 1,75 mm, und nur wenige 3D-Druckerhersteller verwenden eine dickere Stärke. Diese Abmessungen werden fast immer in metrischen Einheiten angegeben. Das ist so ziemlich die ganze Philosophie rund um die Abmessungen des Filaments.
Das Druckverfahren mit Filamenten wird Fused Filament Fabrication (FFF) oder Fused Deposition Modeling (FDM) genannt. Sie sind ein und dasselbe.
Die Abkürzung FDM wurde vom 3D-Druck-Pionier Stratasys Corp. als Marke geschützt. Deshalb haben andere Hersteller ihre eigenen Namen für ihre Technologien geschaffen. FFF ist ein Name, der sich durchgesetzt hat. Bis zum heutigen Tag werden sie synonym verwendet, außer vielleicht in den Broschüren einiger Hersteller.
Die Wahl des richtigen Filaments
Nach dem Kauf eines 3D-Druckers ist die Wahl des Filaments meist die erste Entscheidung Es gibt mindestens ein Dutzend verschiedene Arten von Filamenten. Bei dieser Durchschnittsberechnung werden sogar die zahlreichen Farben, in denen 3D-Druckerfilamente erhältlich sind, außer Acht gelassen. Bei der Suche werden Sie auf eine Reihe von chemisch klingenden Namen stoßen. Es handelt sich um Polymilchsäure, Polyvinylalkohol, Kohlenstofffasern oder thermoplastische Elastomere. Eine schwindelerregende Anzahl von Abkürzungen wird für sie verwendet, darunter ABS, PLA, HIPS, CPE, PET, PETG, TPU, PVB und PCTPE. Allerdings sollte man sich von dieser Buchstabensuppe nicht erschrecken lassen. Nur wenige Arten werden gewöhnlich verwendet, und die Hersteller neigen erfreulicherweise dazu, Fachbezeichnungen zu vermeiden und stattdessen aussagekräftigere Bezeichnungen zu verwenden Sie beziehen sich in der Regel auf wichtige Eigenschaften des Filaments wie Flexibilität und Festigkeit.
Beliebtes Duo. PLA- oder ABS-Filamente?
Die mit Abstand beliebtesten Filamenttypen sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS-Filamente) und Polymilchsäure (PLA-Filamente). Die meisten 3D-Drucker für Endverbraucher sind nur für die Verwendung dieser Filamente ausgelegt. Zu ihrer Attraktivität gehört sicherlich auch, dass sie relativ preiswert sind.
Das Geheimnis des unverständlichen Namens ABS ist nur scheinbar, denn es handelt sich um den gleichen Kunststoff, der auch in LEGO Steinen verwendet wird. Aus ABS gedruckte Objekte sind stabil, haltbar und ungiftig.
ABS hat außerdem einen relativ hohen Schmelzpunkt, wobei die Drucktemperatur zwischen 210 und 250 Grad Celsius liegt.Die unteren Ecken von ABS-gedruckten Objekten neigen dazu, sich nach oben zu biegen, vor allem, wenn Ihr Drucker nicht über einen beheizten Arbeitstisch verfügt.
ABS kann beim Bedrucken einen stechenden, unangenehmen Geruch abgeben, weshalb es am besten in einem geschlossenen Drucker und einem gut belüfteten Raum verwendet wird.
Gleich neben dem ABS ist das üblicherweise erwähnte PLA. Die als Filament verwendete Polymilchsäure hat dagegen einen relativ niedrigen Schmelzpunkt mit einer Bearbeitungstemperatur zwischen 180 und 230 Grad Celsius.
Es ist pflanzlichen Ursprungs und biologisch abbaubar. Es ist härter als ABS, lässt sich verzugsfrei drucken und ist im Allgemeinen leicht zu verarbeiten, auch wenn es in seltenen Fällen zu einem Stau im Extruder kommen kann.
PLA wird häufig als Basismaterial für weitere raffinierte Verbundwerkstoffe verwendet, auf die wir gleich noch eingehen werden.
Erwähnen wir auch PET-G. Dies ist ein weiteres großartiges Filament für Anfänger. Es ist leicht zu drucken und weist ähnliche Eigenschaften wie ABS auf, so dass es sich um zwei Materialien der Mittelklasse handelt.
Sie können mit PET-G problemlos in einer Standardkonfiguration drucken und wirklich gute Ergebnisse erzielen.
Das schwarze Pferd des 3D-Drucks - Nylon als Filament
Nylon ist ein äußerst vielseitiges synthetisches Material, das uns schon länger begleitet, als uns bewusst ist. Es wurde in den 1930er Jahren entwickelt. Eigentlich ist das gar nicht so seltsam, denn die 1930er Jahre waren berühmt für Strumpfhosen und Strümpfe. Nylon hat vermutlich seinen Weg in alles gefunden, von Zahnbürsten, Fallschirmen und Reifen bis hin zu Filamenten für 3D-Drucker.
Im Kern ist Nylon ein Polymer also ein Kunststoff, genauer gesagt in der Familie der Kunststoffe. Es ist stark, haltbar, flexibel und gehört zu den günstigsten 3D-Druckfilamenten.
Es schmilzt bei einer höheren Temperatur (etwa 240 Grad Celsius) als die meisten Filamente. Der Haken an der Sache ist, dass nicht alle 3D-Drucker für den Betrieb bei dieser Temperatur ausgelegt sind – einige der häufig verwendeten Substanzen im Extruder geben bei dieser Temperatur Dämpfe ab.
Wie bei ABS neigen auch gedruckte Objekte aus Nylon dazu, sich zu verziehen, was durch Erwärmung gemildert werden kann. Sie finden dieses Material in der Kategorie “Nylon-Filamente”.
Flexible Filamente, thermoplastische Elastomere - TPU im 3D-Druck
TPEs sind hochflexible Thermoplaste, obwohl sie noch weit von Gummibändern entfernt sind. Eine gängige Art von TPE ist thermoplastisches Polyurethan (TPU ), das unter anderem als Material für Smartphone-Hüllen verwendet wird.
Wenn wir über Polymere und ihre Anwendungen schreiben, sollten wir eigentlich immer “unter anderem” schreiben, denn diese Anwendungen sind zahlreich. Konzentrieren wir uns jedoch auf den 3D-Druck. TPU-Filament wird daher mechanisch sehr stark und schwer zu brechen sein. Es benötigt keine beheizte Arbeitsfläche und ist genauso einfach zu verarbeiten wie die zuvor genannten Filamente.
Lösliche HIPS-Filamente - die Hauptstütze des 3D-Drucks
Die eingängige englische Abkürzung HIPS steht für hochschlagfestes Polystyrol. HIPS ist etwas teurer, leicht, kann geschliffen, geklebt und mit Acrylfarben eingefärbt werden.
Es ähnelt den ABS-Filamenten, mit dem Unterschied, dass HIPS in Limonen löslich ist. Dieses auf Zitrusfrüchten basierende Lösungsmittel macht HIPS zu einer guten Wahl beim Druck mit einem zweiten Material wie ABS oder PLA.
Es wird sich als nützlich erweisen, um Stützen und Halterungen für kompliziertere Konstruktionen aus Filamenten zu bauen, die sich auflösen lassen, sobald der 3D-Drucker fertig ist.
Einen Schritt weiter. SLA-3D-Druckharze
Lassen Sie uns den Vorhang zu einer etwas anderen Welt lüften. Nicht jeder ist damit vertraut, dass es beim 3D-Druck statt Filamenten auch spezielle Harze geben kann. Bei der heutigen Verbreitung von FFF/FDM-Druckern wird leicht übersehen, dass es auch Modelle auf dem Markt gibt, die auf anderen Technologien basieren und kein Filament verwenden.
Die wichtigste davon ist die Stereolithografie (auch SLA genannt). Dies ist die erste 3D-Drucktechnologie, die entwickelt wurde, um hochdetaillierte, hochauflösende Drucke zu erstellen.
Die Preise für SLA-Drucker für den kommerziellen Einsatz können fünf- oder sogar sechsstellig sein, aber es gibt auch eine Reihe von Modellen, die für Hobbyisten und Halbprofis geeignet sind.
Filamentauswahl in kurzgefasst, oder was zu beachten ist
Wir wissen bereits, dass PLA und PET-G ideal für den Anfang sind. Wir befassen uns mit Lösungen in professionellen Branchen, so dass dies ein Ausgangspunkt sein kann. Eine häufige Anwendung des 3D-Drucks ist der Bau von Prototypen und Werkzeugen zur Erleichterung des Fertigungsprozesses. Wenn unser Prototyp oder Werkzeug Chemikalien, Hitze oder Belastungen standhalten soll, lohnt es sich, ein fortschrittlicheres Material wie ABS oder TPU in Betracht zu ziehen. Wenn der Druck als Produkt verwendet werden soll, z. B. für den Verkauf, dann ist flexibles und haltbares TPU gut geeignet – vor allem, wenn es sich bei normalem Gebrauch biegen lassen soll.
Wenn Sie ein professionelleres Aussehen wünschen, wäre das Material Kohlefaser eine gute Option, da es elegant aussieht und gleichzeitig sehr haltbar ist – aber das ist eine ganz andere Geschichte. Es lohnt sich auf jeden Fall, dies zu überprüfen und selbst zu experimentieren. Wenn man zum ersten Mal an einen laufenden 3D-Drucker herantritt und ein Haar sieht, das wie ein Hexenkopf aus dem Filament ragt, folgt auf den ersten Schock in der Regel eine praktische Überlegung, was man tun kann, damit es beim nächsten Mal besser klappt.
