Leitfaden zu Materialien für den 3D-Druck: Kunststoffe

Der Kunststoffe Ich gehöre zu den am häufigsten verwendete Materialien für 3D-Druck . Aufgrund ihrer einfachen Herstellung, Vielseitigkeit und Undurchlässigkeit sowie ihrer geringen Kosten werden Kunststoffe in einer Vielzahl von Produkten und Branchen eingesetzt, darunter auch in der additiven Fertigung ist keine Ausnahme. Lassen Sie uns gemeinsam im Detail sehen, welche Eigenschaften und Anwendungen diese Materialien haben. Ein Kunststoff ist ein aus synthetischen oder halbsynthetischen Verbindungen hergestelltes Material, das die Eigenschaft hat, formbar zu sein (sich in seine Form zu verändern). Die meisten auf dem Markt befindlichen Kunststoffe sind vollständig synthetisch, also aus petrochemischen Elementen gewonnen. Angesichts der wachsenden Sorge um die Umwelt erfreuen sich jedoch auch Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen wie Polymilchsäure (PLA) großer Beliebtheit auf dem Markt.

Im folgenden Ratgeber werfen wir einen Blick auf die gängigsten 3D-Druck-Kunststoffe. Wie Sie wissen, werden beim FDM, dem beliebtesten und wirtschaftlichsten 3D-Druckverfahren, Teile durch Extrudieren von Kunststofffilamenten hergestellt. Allerdings ist die Genauigkeit auf FDM-Maschinen nicht die gleiche wie bei anderen Verfahren SLS oder ALS. Daher entscheiden sich Hersteller bei Industrie- und Endverbrauchsteilen meist für die Technologien SLS (unter Verwendung von Polymerpulvern) oder SLA (unter Verwendung von Polymerharzen), die eine höhere Präzision und höhere Qualität der hergestellten Teile bieten. Andere 3D-Drucktechnologien mit denen Kunststoffe verwendet werden können, sind Materialstrahlen Und Multi-Jet-Fusion.

Doch welche Kunststoffe können in der additiven Fertigung eingesetzt werden? In Form von Filamenten oder Pulver muss der Kunststoff geschmolzen werden, um Schicht für Schicht das Druckobjekt zu bilden. In Form von Harz muss sich das Objekt verfestigen, um sich zu formen. Jeder Kunststoff erfordert während des Herstellungsprozesses unterschiedliche 3D-Druckparameter und verleiht den Teilen unterschiedliche Eigenschaften. Nachfolgend geben wir einen Überblick über die verschiedenen Kunststoffmaterialien, die im 3D-Druck verwendet werden können.

ABS: das am häufigsten verwendete Filament unter den 3D-Druck-Kunststoffen

ABS-Filamente werden im 3D-Druck am häufigsten verwendet. Es wird in Autokarosserien, Haushaltsgeräten und Handyhüllen verwendet. Es handelt sich um einen Thermoplast, der auf der Basis von Elastomeren auf Polybutadienbasis basiert und dadurch flexibler und stoßfester ist. ABS kommt auch in Pulverform für Pulverbettverfahren wie SLS und in flüssiger Form für SLA- und PolyJet-Technologien vor. ABS wird im 3D-Druck bei einer Temperatur zwischen 230 und 260 °C eingesetzt. Es handelt sich um ein widerstandsfähiges Material, das problemlos Temperaturen von -20 °C bis 80 °C standhält. Neben seiner hohen Widerstandsfähigkeit ist es ein wiederverwendbares Material und kann mit chemischen Verfahren verschweißt werden. Allerdings ist ABS nicht biologisch abbaubar und zieht sich bei Kontakt mit Luft zusammen. Daher muss das Baubett erhitzt werden, um Verformungen zu vermeiden. Darüber hinaus wird empfohlen, einen 3D-Drucker mit geschlossener Kammer zu verwenden, um die Partikelemission beim Drucken mit ABS zu begrenzen. Weitere Informationen finden Sie bei uns ABS-Leitfaden.

PLA

Dieses Material, das als Polymilchsäure oder PLA bekannt ist, hat den Vorteil, dass es sich um Polymilchsäure handelt im Gegensatz zu ABS biologisch abbaubar. PLA wird aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke hergestellt. PLA ist eines der am einfachsten zu druckenden Materialien, obwohl es nach dem 3D-Druck dazu neigt, leicht zu schrumpfen. Im Gegensatz zum Drucken mit ABS benötigen Sie beim Drucken mit PLA kein beheiztes Bett. Darüber hinaus druckt PLA bei einer niedrigeren Temperatur als ABS, nämlich zwischen 190 und 230 °C. PLA ist aufgrund seiner hohen Abkühl- und Erstarrungsgeschwindigkeit ein schwieriger zu handhabendes Material. Es ist auch wichtig zu erwähnen, dass dieses Material bei Kontakt mit Wasser beschädigt werden kann. Dennoch ist das Material einfach zu verwenden und in einer breiten Farbpalette erhältlich, sodass es für den 3D-Druck mit FDM geeignet ist. Hersteller verwenden PLA häufig zur Herstellung von Dekorationsgegenständen oder kleinen Spielzeugen, aber dieses Material wird auch in der Industrie für den Prototypenbau verwendet. Erfahren Sie mehr über PLA in unserem engagierter Führer.

ASA

ASA ist ein Material, das ähnliche Eigenschaften wie ABS aufweist, jedoch eine höhere Beständigkeit gegen UV-Strahlen aufweist. Wie bei ABS empfiehlt es sich, das Material auf einem beheizten Bett zu drucken, um Verformungen vorzubeugen. Beim Drucken mit ASA verwenden Sie ähnliche Druckeinstellungen wie bei ABS, allerdings müssen Sie beim Drucken mit geschlossener Kammer aufgrund der Styrolemissionen sehr vorsichtig sein. Weitere Informationen zu diesem Material finden Sie in unserem Leitfaden zur ASA.

HAUSTIER

Polyethylenterephthalat oder PET ist häufig in Einweg-Plastikflaschen enthalten. PET ist das ideale Filament für alle Teile, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen müssen. Darüber hinaus ist das Material recht steif und weist eine gute chemische Beständigkeit auf. Für beste Druckergebnisse mit PET empfehlen wir den Druck zwischen 75 – 90 °C. PET wird üblicherweise als durchscheinendes Filament mit Varianten wie PETG, PETE und PETT vermarktet. Zu den Vorteilen von PET gehört, dass das Material beim Drucken keine Gerüche abgibt und zu 100 % recycelbar ist.

PETG

PETG (glykolmodifizierter Polyester) ist ein Thermoplast, der auf dem Markt der additiven Fertigung weit verbreitet ist und die Einfachheit des 3D-Drucks mit PLA und die Festigkeit von ABS kombiniert. Es handelt sich um einen amorphen Kunststoff, der zu 100 % recycelt werden kann. Es hat die gleiche chemische Zusammensetzung wie Polyethylenterephthalat, besser bekannt unter der Abkürzung PET. Durch den Zusatz von Glykol wird die Zerbrechlichkeit verringert. Erfahren Sie mehr über PETG in Unser engagierter Reiseführer.

Polycarbonat (PC)

Polycarbonat (PC) ist ein hochbeständiger Werkstoff für technische Anwendungen. Das Material weist eine gute Temperaturbeständigkeit auf und widersteht Verformungen bis ca. 150 °C. Allerdings neigt PC dazu, Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen, was sich negativ auf die Druckleistung und Haltbarkeit auswirken kann. Daher muss der PC in wasserdichten Behältern aufbewahrt werden. PC wird in der AM-Branche wegen seiner Langlebigkeit und Transparenz hoch geschätzt. Es hat eine deutlich geringere Dichte als Glas und ist daher besonders interessant für die Gestaltung optischer Teile, Schutzscheiben oder Dekorationsgegenstände. Weitere Informationen finden Sie in unserem PC-Anleitung für den 3D-Druck.

Hochleistungspolymere (PEEK, PEKK, ULTEM)

Die Entwicklung der 3D-Drucktechnologien hat zu umfangreichen Forschungen zu Druckmaterialien geführt, die die Entwicklung einer vollständigen Palette von Hochleistungsfilamenten mit mechanischen Eigenschaften ähnlich denen von Metallen ermöglicht haben. Es gibt zahlreiche Arten von Hochleistungskunststoffe für den 3D-Druck wie PEEK, PEKK oder ULTEM – werden nach Familie als Polyaryletherketone (PAEK) oder Polyetherimide (PEI) unterschieden. Diese Filamente weisen eine sehr hohe thermische und mechanische Beständigkeit auf, sind sehr robust und gleichzeitig deutlich leichter als manche Metalle. Diese Eigenschaften machen sie sehr interessant Luft- und Raumfahrt, Automobil und Medizin .

Aufgrund ihrer Eigenschaften können Hochleistungspolymere nicht auf allen FDM-Maschinen auf dem Markt gedruckt werden. Tatsächlich muss der 3D-Drucker über ein beheiztes Bett verfügen, das mindestens 230 °C erreichen kann, eine Extrusion bei 350 °C und eine geschlossene Kammer. Heutzutage werden etwa 65 % dieser Materialien mit der FDM-Technologie gedruckt, sie liegen jedoch auch in Pulverform vor, die mit der SLS-Technologie kompatibel ist. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden für Hochleistungsmaterialien.

Polypropylen (PP)

Polypropylen ist ein weiterer Thermoplast, der in der Automobilindustrie, im professionellen Textilsektor und bei der Herstellung von Hunderten von Alltagsgegenständen weit verbreitet ist. PP ist für seine Abriebfestigkeit und Stoßdämpfungsfähigkeit sowie seine relative Steifigkeit und Flexibilität bekannt. Zu den Nachteilen des Materials zählen jedoch seine geringe Temperaturbeständigkeit und die Empfindlichkeit gegenüber UV-Strahlen, wodurch es sich ausdehnen kann. Aus diesem Grund haben mehrere Hersteller alternative PP-Typen entwickelt, die den Propylenen ähneln und sowohl physikalisch als auch mechanisch robuster sind. Weitere Details in unserem Leitfaden zu PP für die additive Fertigung.

Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe sind äußerst nützlich, um extrem leichte und dennoch robuste Teile herzustellen. Fasern verleihen einem Teil Festigkeit, ohne das Gewicht zu erhöhen, weshalb wir Verbundwerkstoffe auch als faserverstärkte Materialien bezeichnen. Es gibt zwei Arten der Verstärkung: Kurzfasern oder Endlosfasern. Im ersten Fall werden geschnittene Fasern, die aus Segmenten von weniger als einem Millimeter Länge bestehen, in herkömmliche Kunststoffmaterialien für den 3D-Druck eingemischt, um die Steifigkeit und in geringerem Maße auch die Festigkeit der Bauteile zu erhöhen. Die geschnittenen Fasern können mit thermoplastischen Materialien wie Nylon, ABS oder PLA gemischt werden. Alternativ können Fasern kontinuierlich zu Thermoplasten hinzugefügt werden, um ein stärkeres Teil zu erzeugen. Die im 3D-Druck-Bereich hauptsächlich verwendete Faser ist Kohlefaser, es gibt aber auch andere Fasern wie Glasfaser oder Kevlar. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden für Verbundwerkstoffe.

Hybridmaterialien

Hybride Materialien entstehen durch die Mischung von Kunststoffen und Pulvern, die ihnen eine neue Farbe, ein neues Finish oder zusätzliche Eigenschaften verleihen. Diese Materialien basieren häufig auf PLA und bestehen in der Regel zu 70 % aus PLA und zu 30 % aus Hybridmaterialien. Zur Verfügung stehen beispielsweise holzbasierte Filamente wie Bambus, Kork, Holzstaub und vieles mehr. Diese mit PLA vermischten Holzwerkstoffe verleihen dem Hybridfilament eine organischere Textur. Einige Hybridmaterialien enthalten Metallpulver, um den Teilen eine metallische Oberfläche zu verleihen.

Lösliche Materialien für den 3D-Druck

Lösliche Materialien sind Materialien, die so geformt werden, dass sie sich zu einem späteren Zeitpunkt im Herstellungsprozess auflösen. Die beiden häufigsten löslichen Filamentmaterialien sind HIPS (hochschlagfestes Polystyrol) und PVA (Polyvinylacetat). HIPS ist mit ABS verbunden und kann mit Limonen aufgelöst werden, während PVA mit PLA verbunden ist und mit klarem Wasser aufgelöst werden kann.

Es gibt auch BVOH-Filamente, die sich insbesondere bei Dual-Extruder-Druckern immer größerer Beliebtheit erfreuen. Dies liegt daran, dass das Material wasserlöslich ist und Experten zufolge eine höhere Löslichkeit als PVA aufweist.

Flexible Materialien

Flexible Filamente ähneln PLA, bestehen jedoch meist aus TPE bzw TPU. Der Vorteil der Verwendung dieser Filamente im 3D-Druck besteht darin, dass sie die Herstellung verformbarer Objekte ermöglichen, die im Modebereich weit verbreitet sind. Typischerweise haben diese flexiblen Filamente die gleichen Druckeigenschaften wie PLA, sind jedoch je nach Steifigkeit in verschiedenen Bereichen erhältlich. Es lohnt sich herauszufinden, welcher Extrudertyp für welches Material am besten geeignet ist, um Verstopfungen beim 3D-Druck zu vermeiden.

Nylon

Objekte aus Polyamiden (Nylon) werden in der Regel mittels SLS-Technologie aus einem feinen, weißen, körnigen Pulver hergestellt. Es gibt jedoch einige Variationen des Materials wie Nylon, die auch in Filamenten erhältlich sind, die beim Fused Deposition Modeling (FDM) verwendet werden. Aufgrund ihrer Biokompatibilität können aus Polyamiden Teile hergestellt werden, die mit Lebensmitteln (ausgenommen alkoholhaltige Lebensmittel) in Kontakt kommen. Polyamide bestehen aus teilkristallinen Strukturen und verfügen über ein ausgewogenes Verhältnis chemischer und mechanischer Eigenschaften, die eine gute Stabilität, Steifigkeit, Flexibilität und Schlagfestigkeit bieten. Dank dieser Vorteile findet das Material zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen und bietet einen hohen Detaillierungsgrad. Aufgrund ihrer hohen Qualität werden Polyamide bei der Herstellung von Zahnrädern, Teilen für den Luft- und Raumfahrtmarkt, Automobilteilen, Robotik, medizinischer Prothetik und Spritzgussformen verwendet. Weitere Details in unserem Nylonführung für den 3D-Druck.

Alumid

Alumide-Objekte werden im SLS-Verfahren aus einer Kombination von Polyamiden und Aluminiumpulver hergestellt. Das Material hat eine große, leicht poröse Oberfläche und ein körniges Aussehen, was eine hohe Festigkeit und eine gute Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen (bis zu 172 °C) bietet. Allerdings sind einige Nachbearbeitungen wie Schleifen, Sandstrahlen, Beschichten oder Fräsen erforderlich. Alumide wird zur Herstellung komplexer Modelle, Designteile oder zur Kleinserienfertigung von Funktionsmodellen verwendet, bei denen eine hohe Steifigkeit und eine aluminiumähnliche Optik erforderlich sind.

Quelle: 3dnatives.com