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Der 3D-Drucker öffnet die Tür zu einer Welt voller neuer Möglichkeiten. Unabhängig davon, ob Sie funktionale Komponenten wie mechanische Bauteile oder Prothesen oder eher Freizeitartikel wie Spielzeug oder Figuren drucken möchten, benötigen Sie Filament für Ihren 3D-Drucker.
Was sind Filamente für 3D-Drucker?
3D-Druck-Filament (irreführend: 3D-Filament) ist das Rohmaterial, das für den 3D-Druck in der gängigsten Technologie, nämlich FFF/FDM, unerlässlich ist. Es gibt eine ganze Reihe von ihnen – “alltägliche” Filamente für 3D-Drucker wie PLA, ABS oder PETG, härtere technische Materialien und schließlich die ausgefallenen, oft als exotische Filamente bezeichneten. Neben Materialien wie Nylon, Polycarbonat, verstärkten Kohlenstofffasern oder Polypropylen gibt es auch spezielle Mischungen mit ungewöhnlichen Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit oder Lumineszenz. Wir schreiben oft über die Eigenschaften von Filamenten und ihre vorgeschlagenen Anwendungsmöglichkeiten, gehen aber selten auf die Besonderheiten ihrer Herstellung ein. Vielleicht hilft Ihnen dieser Ansatz, die 3D-Drucktechnologie besser zu verstehen, und erinnert Sie an das Wissen über die Arbeit hinter den Kulissen, die dem 3D-Druck vorausgeht.
Wie wird Filament für 3D-Drucker hergestellt?
Filament für den 3D-Druck wird durch Erhitzen, Extrudieren und Abkühlen von Kunststoff hergestellt. Der erste Schritt bei der Herstellung von Filamenten ist also die Erzeugung des Kunststoffs. Bei der Raffination wird das Rohöl in einem Industrieofen erhitzt, wodurch seine vielen verschiedenen Bestandteile, darunter das unverzichtbare Paraffin, getrennt werden. Die Katalysatoren, das Paraffin und die anderen chemischen Bestandteile werden kombiniert und verarbeitet – dabei werden die Produkte geschmolzen und mit anderen Materialien zu Kunststoff vermischt. Der entstandene Kunststoff wird dann in kleine Stücke granuliert, die als Pellets oder Harz bezeichnet werden – diese Form ermöglicht den Filamentherstellern eine bessere Kontrolle über den Färbeprozess. Dieses feine Granulat oder Pellet wird dann in eine seilartige Form gegossen und mit Zusatzstoffen vermischt, um eine kohäsive Mischung zu schaffen und dem Filament bestimmte Eigenschaften wie Schlagfestigkeit, Stärke, strukturelle Integrität und sogar magnetische Eigenschaften zu verleihen. Exotische Filamente, z. B. solche, die Holz ähneln, werden durch Beimischung von Zusatzstoffen wie Sägemehl oder Holzpartikeln hergestellt.
Zunächst beginnt jedoch die Trocknungsphase. Durch die Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Umgebung (Hygroskopizität) kann sich der Kunststoff verformen oder zersetzen, daher wird das künftige Filament in der Regel mehrere Stunden lang bei 60 bis 80 °C getrocknet. Das Verfahren variiert von Hersteller zu Hersteller. Die nächsten Schritte sind die Formung des Granulats zu einem Faden, wo es erhitzt und abgekühlt wird, und das Aufspulen. In diesem letzten Schritt ziehen Motoren das Filament aus der Kühlkammer in den Spulmechanismus.
Das Lasergerät misst dann den Durchmesser des Filaments, um sicherzustellen, dass er innerhalb der Toleranz des Zieldurchmessers liegt – normalerweise 1,75 mm oder 2,85 mm. Schließlich wird das Filament an der Spule befestigt und um sie gewickelt. Wenn die Sensoren feststellen, dass die Spule voll ist, wird das Material abgeschnitten und gesichert, die Befüllung der nächsten Spule beginnt und so weiter, bis die Filamentcharge aufgebraucht ist.
Auswahl des Filaments für den 3D-Druck - praktische Informationen
Einige Filamente sind einfacher zu verwenden, bieten eine größere Auswahl an Farben und Designs und sind manchmal biologisch abbaubar. Zu den Nachteilen einiger weniger gehören Sprödigkeit, schlechte mechanische Eigenschaften oder das Problem der Dämpfe. Im Folgenden haben wir eine Handvoll Informationen über die beliebtesten 3D-Druck-Filamente auf dem Markt zusammengestellt.
PLA – Modelle, einfaches Spielzeug, Prototypen, Behälter
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PLA-Filament ist das beliebteste Filament im Amateurbereich des 3D-Drucks. Es wird oft im Zusammenhang mit dem Vergleich mit ABS beschrieben. Einige der Anwendungen für PLA sind Kunststofffolien, Flaschen und medizinische Geräte, die innerhalb von 6-12 Monaten biologisch abbaubar sein sollten. Es bietet eine ganze Reihe von Farben.
- Festigkeit: mittel
- Flexibilität: gering
- Beständigkeit: mittel
- Schwierigkeitsgrad der Nutzung: gering
- Drucktemperatur: 180-230°C
- Tischtemperatur: 20-70°C (aber nicht notwendig)
- Schrumpfung/Verzug: minimal
- Löslichkeit: nein
- Sicherheit im Kontakt mit Lebensmitteln: Leitlinien der Hersteller
ABS – Gehäuse, Halterungen, Abdeckungen
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ABS-Filament ist im alltäglichen 3D-Druck weniger verbreitet als PLA. In Bezug auf die Eigenschaften gilt es als (mäßig) besser als PLA, obwohl es etwas schwieriger zu handhaben ist und sich ohne einen heißen Arbeitstisch und ausreichende Haftung verziehen kann.
- Festigkeit: hoch
- Flexibilität: mittel
- Beständigkeit: hoch
- Schwierigkeitsgrad der Nutzung: mittel
- Drucktemperatur: 210-250°C
- Tischtemperatur: 80-110°C
- Schrumpfung/Verzug: erheblich
- Löslichkeit: in Estern, Ketonen und Aceton
- Sicherheit im Kontakt mit Lebensmitteln: nein
PETG (PET, PETT) – mechanische Teile, Schutzkomponenten
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Polyethylenterephthalat (PET) ist einer der am häufigsten verwendeten Kunststoffe der Welt. Dieses Polymer findet sich in Wasserflaschen, in Kleidungsfasern und in Lebensmittelbehältern. Während “rohes” PET nur selten für den 3D-Druck verwendet wird, ist seine Glykol-PETG-Variante für den 3D-Druck sehr beliebt.
- Festigkeit: hoch
- Flexibilität: mittel
- Beständigkeit: hoch
- Schwierigkeitsgrad der Nutzung: gering
- Drucktemperatur: 220-250°C
- Tischtemperatur: 50-75°C
- Schrumpfung/Verzug: minimal
- Löslichkeit: nein
- Sicherheit im Kontakt mit Lebensmitteln: Leitlinien der Hersteller
TPU – Gegenstände die Beständigkeit erfordern
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Thermoplastische Elastomere (TPU, TPE) sind Kunststoffe mit gummiähnlichen Eigenschaften, deren Hauptvorteil die Flexibilität ist. Sie finden sich in der Herstellung von Automobilteilen, Haushaltsgeräten, Smartphone-Zubehör, tragbaren Geräten und medizinischen Geräten.
- Festigkeit: mittel
- Flexibilität: sehr hoch
- Beständigkeit: sehr hoch
- Schwierigkeitsgrad der Nutzung: gering (TPU), mittel (TPE, TPC)
- Drucktemperatur: 210-230°C
- Tischtemperatur: 30-60°C (nicht erforderlich)
- Schrumpfung/Verzug: minimal
- Löslichkeit: nein
- Sicherheit im Kontakt mit Lebensmitteln: nein
HIPS, HIPS-X mit Kautschukzusatz – Stützfilament, Träger
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HIPS-Filamente werden von 3D-Druck-Fans mit dem idealen Stützmaterial in Verbindung gebracht. Sie eignen sich gut für komplexere Projekte mit hervorstehenden Teilen, die gestützt werden müssen, viele Details enthalten oder als Prototypen für späteres Kleben und Lackieren dienen. Das Filament ist nicht hygroskopisch, lässt sich leicht auflösen und verträgt Stöße gut.
- Festigkeit: hoch
- Flexibilität: gering
- Beständigkeit: hoch
- Schwierigkeitsgrad der Nutzung: mittel
- Drucktemperatur: 230-240°C
- Tischtemperatur: 90-100°C
- Schrumpfung/Verzug: minimal
- Löslichkeit: in D-Limonium und speziellen Lösungen
- Sicherheit im Kontakt mit Lebensmitteln: ja
