Filamente für 3D-Drucker: Welche wählen?

Wie wählt man Filamente für seinen 3D-Drucker aus? Welche Eigenschaften müssen berücksichtigt werden? Fused Deposition Modeling (FDM) Aufgrund seiner Benutzerfreundlichkeit, Zugänglichkeit und Leistung ist es eines der beliebtesten 3D-Druckverfahren auf dem Markt. Es ist vor allem für seine Verträglichkeit mit verschiedenen Thermoplasten bekannt, also Materialien, die unter Hitzeeinwirkung erweichen können und beim Abkühlen wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Um vom 3D-Drucker extrudiert zu werden, werden diese Thermoplaste in ein Filament umgewandelt, das vom Extruder geführt und geschmolzen werden kann. Heutzutage können die meisten Kunststoffe in der Industrie diese Transformation durchlaufen, wodurch sich die Palette der verfügbaren Möglichkeiten erweitert.

Bevor wir zu den verschiedenen 3D-Druckerfilamenten übergehen, die es auf dem Markt für additive Fertigung gibt, ist es wichtig zu verstehen, wie Kunststoffe klassifiziert werden. Dies ist ein grundlegender erster Schritt, der Ihnen hilft, die verfügbaren Materialien und ihre Eigenschaften besser zu verstehen. Heute gibt es sogenannte amorphe oder teilkristalline Kunststoffe: Diese Adjektive definieren die intermolekulare Struktur des Polymers, je nachdem, wie sie beim Erstarren nach dem Schmelzen reagieren.

Insbesondere amorphe Kunststoffketten verheddern sich und bleiben während der Erstarrungsphase ungeordnet. Umgekehrt organisieren und ordnen sich Ketten aus teilkristallinem Kunststoff im Verhältnis zueinander. Daraus ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften: Amorphe Materialien beispielsweise sind meist transparenter und weisen eine geringere Dimensionsstabilität auf. Ein weiterer wichtiger Punkt zur Klassifizierung der Kunststofffamilie ist schließlich die Schmelztemperatur: Standardkunststoffe haben eine niedrigere Temperatur als sogenannte technische Materialien. Hochleistungspolymere hingegen erfordern ein fortschrittlicheres Wärmemanagement, wobei die Schmelzetemperaturen bei etwa 300 °C (572 °F) liegen.

Standardfilamente für 3D-Drucker

Die PLA

PLA oder Polymilchsäure ist ein teilkristallines Material, das aus erneuerbaren Quellen, normalerweise Maisstärke, gewonnen wird. Im Gegensatz zu den meisten Kunststoffen, die aus der Ölindustrie stammen, gilt PLA als umweltfreundlicher, da es unter den richtigen Bedingungen biologisch abbaubar ist. Dies ist ein sehr einfach zu verwendendes 3D-Drucker-Filament, weshalb es auf dem 3D-Druck-Markt sehr beliebt ist. Lebensmittelverträglich, seine Extrusionstemperatur beträgt normalerweise 180 °C. Es weist eine gute geometrische Stabilität auf und unterliegt in der Regel keiner Verformung. Es wird hauptsächlich für den Prototypenbau, die maschinelle Bearbeitung, dekorative Teile oder im medizinischen Bereich eingesetzt. PLA ist in zahlreichen Farben erhältlich und wird häufig als Matrix für Verbundwerkstoffe verwendet.

Polypropylen

PP ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien im Spritzguss und bekannt für sein geringes Gewicht, seine Chemikalien- und Ermüdungsbeständigkeit sowie seine gute elektrische Isolierung. Auch in Form von 3D-Drucker-Filament erhältlich, bietet es eine gute Stoßfestigkeit, gute Gasdichtheit und Halbsteifigkeit. Es ist jedoch zu beachten, dass es recht schwierig zu drucken ist, da es nicht auf der Platte haftet. Es hat sehr genaue Schmelzpunkte und erfordert ein ausgezeichnetes Wärmemanagement. Hinsichtlich der Anwendungen wird PP-Filament für Verpackungen, Clips und Verschlüsse, Flüssigkeitsbehälter usw. verwendet.

ABS: eines der am häufigsten verwendeten Filamente für 3D-Drucker

Diesmal gehen wir zu einer amorphen Struktur über: ABS ist ein Filament, das für seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen bei niedrigen Temperaturen und seine Leichtigkeit bekannt ist. Die Einordnung dieses Materials ist nicht immer einfach: Manchmal findet man es im technischen Teil der Pyramide und ist weniger einfach zu verarbeiten als beispielsweise PLA. Beim 3D-Druck unterliegt es einer Verformung, weshalb der Einsatz einer Heizplatte erforderlich ist. Seine Eigenschaften machen es zum idealen Werkstoff für die Herstellung funktionsfähiger Prototypen, oft beanspruchter Werkzeugteile oder des Formenbaus. ABS ist eines der günstigsten und damit eines der am häufigsten verwendeten 3D-Drucker-Filamente.

Technische Filamente

Nylon

Nylon, auch bekannt als Polyamid (PA), ist auf dem Markt für additive Fertigung hauptsächlich in Form von Pulver erhältlich SLS-Technologie. Es kommt jedoch in Form von Filamenten vor, erhältlich mit 6 Kohlenstoffatomen, also PA6. Letzteres ähnelt ABS und erfordert ebenfalls eine beheizte Platte, da es nicht optimal haftet. PA6 ist bekannt für seine Schlag- und Abriebfestigkeit sowie seine Flexibilität. Es hat eine relativ lange Lebensdauer und ist ideal für die Herstellung von Teilen wie Scharnieren, Maschinenkomponenten und Werkzeugen. Es kann mit Kohlenstoff- oder Glasfasern verstärkt werden. Es ist zu beachten, dass Nylon ein feuchtigkeitsabsorbierendes Material ist, daher ist es wichtig, es an einem trockenen Ort aufzubewahren.

PET, ein eher technisches Filament für 3D-Drucker

PET ist ein bekanntes Material, da es zur Herstellung von Plastikflaschen verwendet wird. Im 3D-Druck ist es besser bekannt in der Form PETG, d. h. mit Glykolzusatz, um dessen bröckeliges Aussehen zu reduzieren. Es ist vor allem für seine Transparenz und seine Lebensmittelverträglichkeit bekannt. Beispielsweise werden zahlreiche Verpackungen und Behälter mit PETG bedruckt. Es ist eine gute Alternative zu PLA oder ABS.

Das POM

Polyoxymethylen oder POM ist ein teilkristallines Material, das zunehmend im 3D-Druck verwendet wird. Es verfügt über hervorragende chemische Eigenschaften, ist hitze-, stoß- und abriebfest. POM kann im 3D-Druck für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise für die Herstellung von Rucksackschnallen, Bauteilen, die Hitze ausgesetzt werden müssen, oder Zahnrädern. Allerdings ist es ein ziemlich schwierig zu druckendes Filament, da es ein gutes Wärmemanagement erfordert – Platte, Extruder und Kammer. Es ist auch zu beachten, dass es im Vergleich zu Materialien wie PLA oder ABS nur wenige Hersteller dieser Art von 3D-Druckerfilamenten gibt.

Polycarbonat, ein amorphes Filament für 3D-Drucker

Polycarbonat (PC) wird vor allem wegen seiner Festigkeit und Transparenz verwendet. Es ist kein leicht zu druckender Thermoplast, da höhere Extrusionstemperaturen und eine Heizplatte erforderlich sind. Besonders beliebt ist es in der optischen Industrie, da es weniger dicht als Glas ist und Temperaturen von -150 bis 140 °C (-238 °F bis 284 °F) standhält. Typischerweise können Schutzschilde und optische Teile mit Polycarbonat 3D-gedruckt werden. Dieses 3D-Drucker-Filament findet immer mehr Eingang in die Produktpalette der Hersteller der Branche.

Hochleistungsthermoplaste

Diese letzte Polymerkategorie ist bekanntermaßen anspruchsvoller: Die darin enthaltenen Thermoplaste erfordern hohe Schmelztemperaturen und weisen Eigenschaften auf, die denen einiger Metalle nahe kommen. Bei der additiven Fertigung erfordern diese Filamente eine hohe Extrusionstemperatur, ein beheiztes Bett und eine geschlossene Kammer. Das Wärmemanagement ist für diese Art von Material von entscheidender Bedeutung.

Die Halbkristalle

PEEK ist wahrscheinlich das häufigste 3D-Drucker-Filament in dieser Kategorie. Da es zur PAEK-Familie gehört, erfordert es eine Extrusionstemperatur von etwa 400 °C (752 °F), eine Platte, die 230 °C (446 °F) erreichen kann, und eine Heißkammer mit 120 °C (248 °F). PEEK ist für sein Gewichts-Festigkeits-Verhältnis bekannt und hält hohen Temperaturen stand. Es ist sterilisierbar und daher das bevorzugte Material für den Druck individueller Implantate. Dabei handelt es sich um ein recht teures 3D-Drucker-Filament und erfordert zudem eine gewisse Beherrschung des 3D-Druckprozesses.

PPS ist außerdem ein hochleistungsfähiges teilkristallines Material, das für seine chemische Beständigkeit und seine mechanischen Eigenschaften bekannt ist. Es wird hauptsächlich in der Automobil-, Öl- und Gas- sowie Elektronikindustrie eingesetzt. Seine Extrusionstemperatur liegt bei etwa 300 °C (572 °F); Außerdem sind ein beheiztes Bett und eine geschlossene Kammer erforderlich.

Amorphe Hochtemperaturfilamente

In dieser Kategorie können wir zunächst PEI erwähnen, ein Filament für 3D-Drucker, das jetzt von SABIC unter der Marke ULTEM vermarktet wird. Es ist günstiger als PEEK und erfüllt die Brand-/Rauchnormen, was es zum idealen Material für die Luft- und Raumfahrtindustrie macht. PEI ist außerdem beständig gegen Automobilflüssigkeiten, Kohlenwasserstoffe, Alkohole und wässrige Lösungen. Es ist sterilisierbar und für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet.

Schließlich dürfen wir die Sulfonfamilie nicht vergessen, insbesondere PPSU und PSU. Dies sind hinsichtlich der thermischen Eigenschaften und des Feuer-/Rauchverhaltens sehr interessante Thermoplaste. Sie verfügen außerdem über eine gute elektrische Isolierung und gute dielektrische Eigenschaften. Sie sind beliebte Materialien in der Transportindustrie, einschließlich der Schienen-, Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie.

Verbund- und flexible Filamente für 3D-Drucker

Abschließend ist es wichtig, Verbundfilamente und elastische Materialien zu erwähnen. Verbundwerkstoffe sind Materialien, die aus einer Matrix (PLA, Nylon, Polycarbonat usw.) bestehen und durch Fasern, meist Kohlenstoff, verstärkt werden. Auch Glas, Aramid etc. können verwendet werden. Dies erhöht die Festigkeit des Filaments und optimiert gleichzeitig sein Gewicht.

Schließlich gehören flexible 3D-Druckerfilamente wie TPU zum FDM-Materialangebot. Dabei handelt es sich um Materialien, die für ihre Verschleiß- und Schlagfestigkeit bekannt sind. Besonders interessant sind sie bei der Herstellung orthopädischer Greifer oder Einlagen; Sie reagieren jedoch empfindlich auf hohe Temperaturen.