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Beim 3D-Druck mit der FDM-Technologie wird derzeit eine Vielzahl thermoplastischer Materialien mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften verwendet. Wie wirkt sich das verwendete Material auf die Festigkeit der gedruckten Teile und ihre mögliche Anwendung aus?
Bevor Sie mit dem Drucken beginnen
Sie sollten sich darüber im Klaren sein, dass selbst der beste Drucker und das am besten konzipierte Modell nichts nützen, wenn das zum Drucken verwendete Material nicht den richtigen Anforderungen entspricht. Sie sollten daran denken, dass der Kauf von hochwertigem Filament das mit Ihrem Gerät kompatibel ist, nicht ausreicht – es ist auch notwendig, das richtige Material für den jeweiligen Druck zu wählen (Festigkeit, Elastizität, Beständigkeit gegen verschiedene Substanzen oder Temperaturschwankungen) und die Druckparameter richtig einzustellen (Temperatur der Arbeitskammer, des Extruders und des Tisches, Druckgeschwindigkeit usw.). Andernfalls können die Ergebnisse anders ausfallen als erwartet. Bevor Sie mit einem Projekt beginnen, sollten Sie daher bereits in der Planungsphase überlegen, welches Material sich am besten für diese Art von Arbeit eignet.
Arten von Filamenten
Auf dem Markt sind heute viele Filamente erhältlich, die aus sehr unterschiedlichen Substanzen bestehen. Im Folgenden finden Sie die am häufigsten verwendeten Materialien.
PLA (Polylactid)
Dies ist eine gehärtete Milchsäure, eine biologisch abbaubare Substanz, die normalerweise aus Maismehl oder Zuckerrohr gewonnen wird. Sie zeichnet sich durch ihre hohe Druckfähigkeit aus und ist daher ideal für die Herstellung von Demonstrationsmodellen oder Prototypen, auch im großen Format. Es benötigt keine hohen Drucktemperaturen und erfordert aufgrund seiner geringen Schrumpfung nicht den Einsatz eines beheizten Tisches. Sein großer Vorteil ist auch die Sicherheit – die Substanz gibt beim Erhitzen keine gefährlichen Dämpfe ab, so dass sich Menschen im Arbeitsraum aufhalten können und der 3D-Drucker nicht mit einer geschlossenen Kammer ausgestattet sein muss. PLA zeichnet sich durch mittlere Elastizität und relativ hohe Festigkeit aus und ist außerdem unlöslich. Da es sich jedoch bei hohen Temperaturen verformen kann und seine Haltbarkeit geringer ist als die anderer Materialien (z.B. ABS), eignet sich PLA eher für den Druck von Modellen und dekorativen Elementen als für verwendbare Teile. Aufgrund seiner hohen biologischen Verträglichkeit ist PLA auch für die Herstellung medizinischer Implantate geeignet.
ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymer)
Nach PLA ist das zweitbeliebteste Material für den 3D-FDM-Druck ABS. Es zeichnet sich durch hohe Härte, gute Elastizität und ein hohes Maß an Stoß-, Schlag- und Kratzfestigkeit aus. Es eignet sich auch hervorragend für hohe Temperaturen. Der Kunststoff ist in Aceton löslich. Die Zähigkeit von ABS macht es bei Anwendern von 3D-Druckern, die Verbraucherteile herstellen – Gehäuse für Elektronik, Spielzeug oder Ersatzteile für mechanische Geräte – äußerst beliebt. ABS hält auch einer nachträglichen Bearbeitung, wie Polieren oder Bohren, gut stand. Dieses Material ist schwieriger zu handhaben als PLA, zum einen wegen seiner hohen Schrumpfung (es erfordert eine hohe Düsentemperatur und einen beheizten Arbeitstisch) und zum anderen, weil es beim Drucken giftige Dämpfe abgibt (der Drucker muss sich in einem separaten, gut belüfteten Raum befinden oder mit einer geschlossenen Arbeitskammer mit Filtersystem ausgestattet sein).
HIPS
Es handelt sich um ein biologisch abbaubares, sicheres Material, das mit Lebensmitteln in Kontakt kommen kann. Es ist limonenlöslich und wird daher häufig in Doppelkopfdruckern als Trägermaterial verwendet. HIPS-Filament ermöglicht die Herstellung von Drucken mit geringer Elastizität und beträchtlicher Festigkeit, aber es ist relativ schwierig, mit diesem Material zu arbeiten, da es stark schrumpft (es erfordert die Verwendung eines beheizten Tisches und einer geschlossenen Arbeitskammer), so dass es für Anfänger im Umgang mit 3D-Druckern nicht zu empfehlen ist.
PETG (Polyethylenterephthalat mit Propylenglykol)
PETG ist eine Kombination aus PET-Material (aus dem unter anderem Getränkeflaschen aus Kunststoff hergestellt werden) und Propylenglykol. Dieses Material zeichnet sich durch hohe Elastizität und hohe Festigkeit aus, ist sicher im Gebrauch (es entstehen keine schädlichen Dämpfe) und unlöslich in Wasser und kann auch mit Lebensmitteln in Berührung kommen (wenn Sie zertifiziertes Filament kaufen). Die Arbeit mit PETG erfordert die Auswahl geeigneter Druckparameter sowie die Verwendung einer Maschine mit beheiztem Arbeitstisch (das Material hat jedoch keine so hohe Schrumpfung wie ABS).
Nylon (Polyamid)
Es ist ein leichtes, sehr haltbares und abriebfestes Materialdas sich ideal für den Druck von Verschleißteilen eignet und hohen mechanischen Belastungen standhält. Im Vergleich zu anderen Stoffen, die beim FDM-Druck verwendet werden, hat es eine sehr gute Oberflächengüte, was die Notwendigkeit einer nachträglichen Bearbeitung reduziert. Nylon ist unlöslich. Die Arbeit mit diesem Filament erfordert die Auswahl geeigneter Einstellungen und die Verwendung einer geschlossenen, gefilterten Arbeitskammer oder die Aufstellung des Druckers in einem separaten Raum, da beim Drucken schädliche Dämpfe entstehen.
PHA
Eine Gruppe von biologisch abbaubaren Polymeren, die gegen ultraviolette Strahlung resistent sind. Ihre Zähigkeit und Elastizität, ihre Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beschädigungen und die empfohlene Funktionsweise hängen von der genauen chemischen Zusammensetzung ab und können je nach Modell des Filaments stark variieren. Daher sollten Sie beim Drucken die Angaben des Herstellers beachten.
PP (Polypropylen)
PP ist ein Material mit hervorragender Elastizität und Formgedächtnis sowie einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb, Stöße und andere mechanische Beschädigungen. Es ist ungiftig und für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet, erfordert aber aufgrund seiner starken Schrumpfung viel Aufmerksamkeit bei der Verarbeitung und sehr präzise Druckeinstellungen.
PPSU (Polyphenylsulfon)
Ein Kunststoff mit hoher chemischer und mechanischer Festigkeit, der auch für medizinische Implantate oder Produkte in Kontakt mit Lebensmitteln verwendet werden kann. Aufgrund seines hohen Preises und der eher komplizierten Handhabung beim Druck wird PPSU eher im professionellen und industriellen Druck verwendet.
PEEK (Polyethylenetherketon)
Das Material ist sehr stark, leicht und extrem widerstandsfähig gegen Verformungen durch Temperaturschwankungen. Es ist auch unempfindlich gegenüber den meisten organischen und anorganischen Chemikalien, wodurch es sich für medizinische und industrielle Anwendungen eignet. Da PEEK ein sehr teures Material ist und moderne 3D-Drucker benötigt werden, die den Tisch und den Kopf auf hohe Temperaturen erhitzen, wird es nur selten für Hobbyzwecke verwendet.
TPU
TPU ist ein flexibles Filament auf Kautschukbasis für den Druck von druck- und biegesteifen Teilen. Aufgrund der erheblichen Komplexität des Druckprozesses wird es für fortgeschrittene 3D-Drucker-Nutzer empfohlen.
Kohlefaser
PLA- oder Carbonfaser-Nylon-Filamente sind leicht, steifer und haltbarer als ihre Standard-Gegenstücke. Da die Eigenschaften der einzelnen Produkte stark variieren, sollten Sie bei der Arbeit die Anweisungen des Herstellers beachten.
Andere Filamente
Auf dem Markt sind auch weniger gängige Filamente zu finden, z. B. Holzimitate auf PLA-Basis oder harte Materialien, die in Aussehen und Eigenschaften Glas ähneln. Bevor Sie solche nicht standardmäßigen Produkte verwenden, sollten Sie die Kompatibilität mit Ihrem 3D-Drucker prüfen und die Hinweise des Herstellers zum Druckverfahren sorgfältig lesen.
Qualität ist der Schlüssel!
Unabhängig davon, für welches Material Sie sich entscheiden, sollten Sie immer Filamente von zuverlässigen Herstellern und Händlern wählen – nur dann können Sie sicher sein, dass das von Ihnen gekaufte Produkt die gewünschten Eigenschaften aufweist und bequem und sicher zu verwenden ist.
