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Bei herkömmlichen Druckern werden die Bilder durch Auftragen von Toner oder Tinte auf eine flache Oberfläche aus Papier oder Folie erzeugt. Bei 3D-Druckern, wo die Modelle dreidimensional sind, ist das grundlegende Verbrauchsmaterial Filament oder Harz. Die Wahl des Materials hängt von der Technologie ab. Bei Geräten, die mit SLA arbeiten, handelt es sich um Flüssigharze, während bei FFF-Druckern Filamente verwendet werden. Die Wahl der Verbrauchsmaterialien sollte in erster Linie vom Zweck des gedruckten Teils abhängen, da sich die verschiedenen Materialien in ihren Eigenschaften unterscheiden. In diesem Artikel werden wir uns speziell mit den Filamenten, ihren Parametern und den möglichen Anwendungen der verschiedenen Materialien befassen.
Filamente – Allgemeine Informationen darüber
Filamente für 3D-Drucker werden aus thermoplastischen Kunststoffen hergestellt. Einige werden von Anfang bis Ende mit künstlichen Laborsubstanzen synthetisiert. Andere, wie die beliebten PLA-Filamente, werden auf der Basis von Rohstoffen natürlichen Ursprungs hergestellt. Sie haben alle die Form von dünnen, langen (bis zu mehreren hundert Metern) Fasern, die auf eine Spule aufgewickelt sind. Diese Form der Verpackung ist sehr praktisch, da die Spule sofort nach der Entnahme aus der Verpackung auf die Halterung des 3D-Druckers aufgesetzt werden kann. Außerdem verhindern große, flache Scheiben auf beiden Seiten der Filamentspule ein Verrutschen der Fasern.
Bei der Auswahl des Verbrauchsmaterials für einen 3D-Drucker lohnt es sich, darauf zu achten, dass das Bündel sorgfältig geformt ist, d. h. ohne versehentliche Verdickungen oder Unebenheiten. Wenn das Filament ungleichmäßig geformt ist, befindet sich mehr Material in der Düse des Druckers als nötig, was sich auf die Qualität der erstellten Objekte auswirken kann. Es ist zu bedenken, dass die Dicke einer einzelnen Druckschicht meist deutlich weniger als 0,5 mm beträgt – die kleinste Abweichung von der vorgesehenen Dicke des Filamentbündels kann sich auf diesen Effekt auswirken. Aus diesem Grund empfehlen wir dringend, Verbrauchsmaterialien von namhaften, bewährten Herstellern zu kaufen. Die gängigsten Faserdurchmesser auf dem Markt sind 1,75 mm und 2,85 mm. Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version)
Worauf ist beim 3D-Druck mit Filament zu achten?
Bei der Vorbereitung des Druckvorgangs müssen Sie zunächst prüfen, auf welche Temperatur die Düse des 3D-Druckers und der Arbeitstisch erhitzt werden sollten. Das Erhitzen der Düse lässt das Filament schmelzen, so dass eine dünne Schicht des flüssigen Materials in den Arbeitsbereich geleitet wird. Die Erwärmung des Arbeitstisches hingegen soll eine gute Haftung des Kunststoffs auf dem Untergrund gewährleisten und schützt außerdem vor einer unkontrollierten Schrumpfung der Filamentschicht, die durch die schnelle Abkühlung verursacht wird. Auf diese Weise lässt sich ein gleichmäßiger Druck mit eng aneinanderliegenden Schichten erzielen. Informationen über die optimale Temperatur für ein bestimmtes Filament sollten zunächst beim Hersteller und – ja, Sie haben es erraten 😉 – im Handbuch des 3D-Druckers eingeholt werden. Wenn man mit einem neuen Filament arbeitet, ist es am besten, einen kleinen Testdruck zu machen, um zu sehen, ob die gewählten 3D-Druckereinstellungen geeignet sind. Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version)
Die zweite wichtige Überlegung betrifft die Fähigkeiten unseres Druckgeräts. Es gibt bestimmte, universelle Arten von Filamenten (PETG, ABS oder PLA), die von den meisten Modellen von 3D-Druckern korrekt verarbeitet werden können. Andere hingegen – wie das “gummiartige” TPU-Filament – können nur von bestimmten Gerätemodellen verwendet werden. Darüber hinaus müssen wir die Empfehlungen des 3D-Druckerherstellers berücksichtigen – einige Unternehmen verlangen, dass ihre eigenen Filamente in den von ihnen gelieferten Geräten verwendet werden. Andererseits müssen wir zur Sicherheit des Gerätebetreibers und der Menschen in der Umgebung die empfohlenen Vorsichtsmaßnahmen beachten. Einige Thermoplaste setzen beim Schmelzen schädliche und reizende Dämpfe frei. Obwohl das Problem bei Filamenten weniger akut ist als bei den in der SLA-Technologie verwendeten Harzen, erfordert das Drucken mit ABS-Filamenten beispielsweise eine gute Belüftung des Raums.
Arten von Filamenten
PLA Filament
Sie werden aus Polylactid (Polymilchsäure) hergestellt. Material für die Produktion PLA Filament wird aus der fermentierten Stärke von Pflanzen gewonnen und ist einer der biologisch abbaubaren Kunststoffe. Dies ist wichtig, da es von einer großen Anzahl von 3D-Druckern für den Heimgebrauch verwendet wird. Es wird zum Drucken wirklich großer Mengen von Modellen aller Art verwendet. PLA-Filament brennt nicht, obwohl sein Schmelzpunkt für Kunststoffe, die in 3D-Druckern verwendet werden, relativ niedrig ist – in einigen Fällen reicht es aus, die Düse auf 180 °C zu erhitzen. oC. Für Amateure und Hersteller ist die völlige Unschädlichkeit des Polylactids wichtig.
PLA Pro Filament
Eine verbesserte Version, die ähnliche Eigenschaften wie “reines” Polylactid aufweist, wird als PLA Pro-Filamente auf dem Markt angeboten. Die daraus hergestellten Modelle zeichnen sich durch Langlebigkeit und Wasserbeständigkeit aus, verziehen sich nicht und sind nicht brennbar. Während bei PLA-Filamenten ein gewisses Risiko besteht, dass das Modell bei niedrigeren Temperaturen schrumpft, kann bei der Verwendung von PLA Pro-Filamenten sogar ganz auf die Beheizung des Arbeitstisches verzichtet werden. Das verbesserte Polylactid ist glatter als sein Vorgänger, weist eine höhere Bruchfestigkeit auf (und übertrifft damit sogar das haltbare ABS Filament) und kann im Gegensatz zu “normalem” PLA durch Bohren bearbeitet werden. Sowohl PLA- als auch PLA Pro-Filamente werden häufig für Amateur- und halbprofessionelle Projekte sowie für den Druck von Figuren und verschiedenen Alltagsgegenständen verwendet.
ABS Filament
In ABS Filament finden wir Acrylnitril-Butadien-Styrol. Dieser thermoplastische Kunststoff lässt sich leicht formen und ist bei der maschinellen Bearbeitung sehr widerstandsfähig. Wenn ein Bauteil zum Beispiel gebohrt oder geschliffen werden muss, lohnt sich der Einsatz von ABS Filament im 3D-Drucker . Beim Drucken muss besonders darauf geachtet werden, dass das Werkstück nicht zu schnell abkühlt, da das Material bei niedrigen Temperaturen schnell schrumpft. Es ist ratsam, den 3D-Drucker während des Druckvorgangs mit ABS–Filament zu isolieren . wärmespeichernde Abdeckung. Nach dem Druck werden Modelle aus ABS, resistent gegen niedrige Temperaturen von bis zu -20oC.
smart ABS Filament
Acrylnitril-Butadien-Styrol hat eine weitere verbesserte “Version” hervorgebracht. So sind smart ABS-Filamente entstanden. Für ihre Entwicklung ist die polnische Marke Spectrum verantwortlich. Modelle, die mit smart ABS-Filamenten gedruckt werden, sind robust und widerstandsfähig gegen Kratzer oder Stöße. Außerdem wurde die Tendenz des Materials, unter dem Einfluss niedriger Temperaturen zu schrumpfen, verringert. Dadurch ist es viel einfacher, die gewünschten Abmessungen eines mit einem 3D-Drucker hergestellten Werkstücks einzuhalten. Die Oberfläche von Teilen, die mit smart ABS-Filamenten gedruckt werden, ist glatter als bei ihrem Vorgänger, so dass das Glätten mit Acetondampf (das bei ABS-Filamenten manchmal notwendig war) überflüssig wird. Sowohl Elemente aus “reinem” Acrylnitril-Butadien-Styrol als auch das verbesserte Nachfolgematerial eignen sich hervorragend für bewegliche Mechanismen und Teile von Strukturen, die unterschiedlichen Kräften ausgesetzt sind.
TPU Filament
Welcher Konstrukteur hat nicht schon einmal ein spezielles Bauteil für eine bestimmte Konstruktion benötigt, das aus Gummi besteht? Genau in solchen Situationen kommt das TPU-Filament zur Hilfe. Es wird aus thermoplastischem Polyurethan hergestellt, das sich ähnlich wie Gummi anfühlt. Bauteile, die mit diesem Material in einem 3D-Drucker hergestellt werden, können zusammengedrückt werden und kehren nach der Verformung schnell in ihre ursprüngliche Form zurück. TPU-Filamente haben viele Vorteile: Die Oberfläche der aus ihnen hergestellten Modelle nutzt sich nicht ab und ist gegen viele Chemikalien beständig. Das thermoplastische Polyurethan dämpft Stöße und Vibrationen sehr gut ab. Es eignet sich für den Druck von speziellen Dichtungen, Reifen, Telefongehäusen, Werkzeugteilen usw.
PETG Filament
Das Material für die Herstellung von PETG Filament ist Polyethylenterephthalat. Dieses thermoplastische Material ist wasserfest, kratzfest und steif. Aus ihm gedruckte Teile haben eine glatte, glänzende Oberfläche. PETG Filamente sind in 3D-Druckern recht einfach zu verwenden, weshalb auch Anfänger in der additiven Fertigung gerne auf dieses Material zurückgreifen. Polyethylenterephthalat kann in einer breiten Palette von Geräten verwendet werden und ist von Natur aus vielseitig. Es neigt nicht zur Schrumpfung infolge sinkender Temperaturen, was bedeutet, dass sich die Drucke nicht wellen und die mit PETG Filamenten hergestellten Modelle ihre Abmessungen beibehalten. Das Material ist sehr vielseitig einsetzbar.
HIPS-X Filament
Neben den Filamenten, die für den Druck von Komponenten verwendet werden, die dann entweder als separates Teil oder als Teil eines größeren Mechanismus vorgesehen sind, gibt es auch Materialien, die als Hilfsmittel bei fortgeschritteneren Drucken verwendet werden. Dabei handelt es sich um HIPS-X-Filamente, die aus hochschlagfestem Polystyrol hergestellt werden. Der Kunststoff ist vollständig in D-Limonium löslich, so dass er in 3D-Druckern verwendet werden kann, um Stützen in komplexere Teile zu drucken. Das grundlegende Element wird in diesem Fall in der Regel aus ABS-Filament hergestellt. Nach dem Druck wird das Modell in die Lösung getaucht – die Stützen aus dem HIPS-X-Filament lösen sich innerhalb mehrerer Stunden auf und das zu fertigende ABS-Teil bleibt unversehrt.
ASA Filament
Das Material für ASA-Filamente ist Acrylnitril-Styrol-Acrylat. Dieses thermoplastische Material weist eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse wie intensive Sonneneinstrahlung, Wind, Temperaturschwankungen oder Feuchtigkeit auf. Daher können Bauteile, die mit einem 3D-Drucker aus ASA-Filament hergestellt wurden, im Freien, in Fahrzeugen, Werkzeugen, Wetterstationen oder Anlagen für erneuerbare Energien installiert werden. Vor der Verwendung von ASA-Filament lohnt es sich, auf die Empfehlungen des Herstellers für die optimale Drucktemperatur zu achten, da es zwischen den verschiedenen auf dem Markt erhältlichen Produkten erhebliche Unterschiede gibt.
Mehr über Filamente erfahren Sie in unserer kommenden YouTube-Serie.
Zusammenfassung
Filamente sind die grundlegenden Verbrauchsmaterialien für 3D-Drucker. Trotz ihres ähnlichen Aussehens (eine Faser mit einem Durchmesser von meist 1,75 mm) unterscheiden sich die einzelnen Materialien erheblich. Die Auswahl eines Filaments mit den richtigen Eigenschaften ist eine Grundvoraussetzung für den Erfolg des 3D-Drucks – denn nur so kann das gedruckte Teil seine dekorative, nützliche oder funktionale Aufgabe (z. B. in beweglichen Mechanismen) erfüllen. In diesem Artikel haben wir die wichtigsten und beliebtesten Arten von Filamenten besprochen. Es sei jedoch daran erinnert, dass es neben den genannten auch Kohlenstoff- oder Glasfaserfilamente und sogar holzähnliche Filamente auf dem Markt gibt.
In Kürze erwarten Sie weitere ausführliche Artikel über bestimmte Arten von Filamenten, und in der Zwischenzeit besuchen Sie bitte unsere Profile in den sozialen Medien und auf YouTube 😉 .
