4 gängige Filamentarten – So versorgen Sie Ihren Drucker richtig
Es gibt heute scheinbar unzählige Arten und Variationen von FDM-3D-Druckmaterialien im Vergleich zu vor nur wenigen Jahren, als ABS im Grunde die einzige Option war. Ein einziger Leitfaden für alle wäre extrem ausführlich – nicht nur zum Lesen, sondern auch zum Zusammenstellen und Schreiben.
Stattdessen konzentrieren wir uns auf die 4 gängigsten Materialien, die heute verwendet werden: PLA, ABS, PETG und TPU.
Dieser Leitfaden soll Ihnen, dem 3D-Druck-Enthusiasten, ein besseres Verständnis dieser Materialien vermitteln: deren Zusammensetzung und Eigenschaften sowie gängige Druckeinstellungen und Anwendungen.
Dieser Leitfaden gibt einen Überblick über das Material, seine Verwendungen sowohl innerhalb als auch außerhalb des 3D-Drucks, die physikalischen Eigenschaften des Materials, vorgeschlagene Druckeinstellungen und schließlich die Vor- und Nachteile jedes Materials.
Das Endergebnis ist, dass Sie die bestmögliche 3D-Druckerfahrung erzielen können, indem Sie das Rätselraten bei der Auswahl der Materialien, deren Druck und deren Verwendung eliminieren.
Haftungsausschluss
Dies ist keineswegs ein umfassender Leitfaden, selbst für diese 4 Materialtypen. Da es keine Industriestandards für die Zusammensetzung oder Zusatzstoffe eines bestimmten Materials gibt, sind Variationen in deren Eigenschaften (selbst vom selben Hersteller) häufig. Aus diesem Grund sind Materialeigenschaften und Druckeinstellungen verallgemeinert – Ihre Erfahrungen können variieren.
Und ein letzter Hinweis, bevor wir beginnen, zu „lebensmittelechten“ Materialien. Es ist die persönliche Meinung dieses Autors (mit größter Vorsicht), dass KEIN FDM-3D-Druckmaterial als „lebensmittelecht“ betrachtet werden sollte.
Während die chemischen Basiselemente einiger FDM-Materialien von der FDA zugelassen sein mögen, gibt es keine staatlichen Sicherheitsvorschriften für diese Materialien und ihre Zusatzstoffe oder die 3D-Druckgeräte, durch die sie geführt werden, um lebensmittelechte Inhaltsstoffe oder Geräte zu gewährleisten.
Darüber hinaus gibt es aufgrund der Eigenschaften des FDM-3D-Drucks in 3D-Drucken reichlich Lücken, Spalten und Löcher. Dies führt dazu, dass Lebensmittelpartikel und Rückstände in diesen Objekten eingeschlossen werden, die sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, richtig zu reinigen sind. Im Laufe der Zeit kann es zu bakteriellen, viralen und Schimmelpilzwachstum kommen. All dies kann zu einem schnellen Toilettengang (im besten Fall) oder ins Krankenhaus (im schlimmsten Fall) führen.
Nachdem das geklärt ist, fangen wir an.
JGMAKER Filament-Eingang: https://www.jgmaker3d.com/collections/filament
PLA – Polymilchsäure
Übersicht
PLA ist derzeit das beliebteste 3D-Druckfilament auf dem Markt. Dies liegt hauptsächlich an seinen geringen Herstellungskosten, da es größtenteils aus organischen Ressourcen wie Mais und Zuckerrohr hergestellt wird. Es bietet die größte Auswahl an Farben und Zusatzstoffen im Vergleich zu allen anderen FDM-Filamenttypen. Es ist auch eines der am einfachsten zu verarbeitenden Filamente, das hervorragende Ergebnisse über einen weiten Bereich vergleichsweise niedriger Temperaturen liefert, oft ohne die Notwendigkeit eines beheizten Betts oder einer Einhausung.
JGMaker PLA Verfügbar:
https://www.jgmaker3d.com/collections/filament/products/3d-printer-pla-filament
Anwendungen außerhalb des 3D-Drucks
PLA hat außerhalb des 3D-Drucks nur begrenzte Anwendungen gefunden. Es kann zu Milchsäure abgebaut und in medizinischen Implantaten verwendet werden, die sich mit der Zeit auflösen. Es kann auch als Einwegverpackungsmaterial verwendet werden.
Anwendungen im 3D-Druck
PLA eignet sich hervorragend für den Modellbau und mechanische Teile mit geringer Beanspruchung. Sein niedriger Glaspunkt und seine geringe Witterungsbeständigkeit sowie seine Sprödigkeit verhindern, dass es in heißen, feuchten oder stark beanspruchten Umgebungen häufig verwendet wird. Es hat jedoch einen hohen Nutzungsgrad bei Skulpturen im „Lost PLA Casting“ gefunden, wo eine Form des 3D-Drucks gegossen und das PLA dann weggeschmolzen wird – ähnlich dem „Lost Wax Casting“.
Eigenschaften
Bedruckbarkeit: Leicht
Festigkeit: Mittel
Dichte: 1,24 g/cm3
Flexibilität: Gering
Sprödigkeit: Hoch
Haltbarkeit: Mittel
Abriebfestigkeit: Gering – abhängig von den Zusatzstoffen
Verformungen: Minimal – kann sich vom Druckbett lösen und an Überhängen krümmen
Schrumpfung: 0,2-0,25 %
Stringing: Gering – abhängig von den Zusatzstoffen und der Kühlung
Glaspunkt: 55-60c
Witterungsbeständigkeit: Schlecht. Anfällig für UV-Strahlung, Hitze und Feuchtigkeit.
Dämpfe: Minimal – abhängig von den Zusatzstoffen.
Lösungsmittel: Ethylacetat, Propylencarbonat
Biologisch abbaubar: Ja, unter optimalen Bedingungen
Hygroskopisch: Moderat
Lebensmittelecht: Im Allgemeinen Nein
Druckeinstellungen
Düsentemperatur: 180-230c
Betttemperatur: Aus-50c
Kühlgebläse: 50-100%
Einhausung: Keine
Baufläche: Blaues Klebeband, PEI, Glas, Klebestift, etc.
Druckgeschwindigkeit: 30-90 mm/s empfohlen
Direktantriebsextruder: Ja
Bowden-Extruder: Ja
Variationen
PLA kann mit vielen Zusatzstoffen über einfache Farben hinaus infundiert werden. Einige Beispiele sind: Leuchten, Holz, Metall, Carbon usw. Andere Zusatzstoffe können die Festigkeit, Flexibilität und Haltbarkeit von PLA erhöhen. Alle diese Variationen können die Druck- und Betttemperatur, Geschwindigkeit, Dämpfe, hygroskopischen und biologisch abbaubaren Eigenschaften usw. beeinflussen.
Lagerung
Bei sachgemäßer Lagerung hat es eine lange Haltbarkeit und obwohl es nur mäßig hygroskopisch ist, wird empfohlen, es an einem kühlen, trockenen Ort, fern von direkter Sonneneinstrahlung zu lagern.
Vorteile
PLA ist eines der einfachsten und günstigsten 3D-Druckfilamente auf dem heutigen Markt. Seine große Auswahl an Farben und Zusatzstoffen sowie seine einfache Bedruckbarkeit machen es extrem vielseitig und angenehm zu verarbeiten.
Nachteile
Aufgrund seiner Sprödigkeit, seines niedrigen Glaspunkts und seiner schlechten Witterungsbeständigkeit gilt PLA nicht als gute Wahl für Anwendungen im Freien, in feuchten Umgebungen oder bei hoher Beanspruchung.
ABS – Acrylnitril-Butadien-Styrol
Übersicht
ABS war eines der ersten Materialien, das im industriellen und persönlichen 3D-Druck verwendet wurde, was es zum beliebtesten Kunststoff dieser Zeit machte. Mit der Einführung zusätzlicher Materialien hat es jedoch an Popularität verloren. ABS wird aus Acrylnitril, Butadien und Styrol (auch bekannt als ABS) hergestellt, die alle Kohlenwasserstoffe sind, die aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden. Mit seinem hohen Verzugsgrad, der Notwendigkeit eines beheizten Bettes und einer beheizten Kammer, dem stechenden Geruch und der erheblichen Schrumpfung ist es ein mittelschwieriges 3D-Druckmaterial.
Anwendungen außerhalb des 3D-Drucks
ABS wird in der Industrie als sehr häufig verwendeter Spritzgusskunststoff eingesetzt. Sein hoher Glaspunkt, seine Witterungsbeständigkeit, Haltbarkeit und moderate Flexibilität verleihen ihm ein sehr breites Anwendungsspektrum, von Autoteilen über Küchengeräte und LEGOs bis hin zu medizinischen Geräten.
Anwendungen im 3D-Druck
ABS eignet sich hervorragend für Modelle, Ersatzteile und Anwendungen im Freien mit seiner überdurchschnittlichen UV- und Witterungsbeständigkeit sowie überdurchschnittlicher Festigkeit und Haltbarkeit und moderater Flexibilität. Es lässt sich gut schleifen, kleben und lackieren, wodurch seine Anwendungen und Nützlichkeit erweitert werden.
Eigenschaften
Druckbarkeit: Mittel
Festigkeit: Mittel
Dichte: 1,01 g/cm3
Flexibilität: Mittel
Sprödigkeit: Gering
Haltbarkeit: Hoch
Abrasivität: Gering – abhängig von den Zusatzstoffen
Verformungen: Moderat – löst sich leicht vom Druckbett, krümmt sich und trennt sich an den Schichten während des Drucks
Schrumpfung: 0,8% - 8%
Fädenziehen: Gering – abhängig von den Zusatzstoffen und der Kühlung
Glaspunkt: ~105c
Witterungsbeständigkeit: Moderat – beständig gegen UV, Hitze und Feuchtigkeit
Dämpfe: Moderat – stechend, möglicherweise schädliche Dämpfe
Lösungsmittel: Ester, Ketone (Aceton), Chloroform und Ethylendichlorid
Biologisch abbaubar: Nein
Hygroskopisch: Moderat
Lebensmittelecht: Nein
Druckeinstellungen
Düsentemperatur: 210-250c
Betttemperatur: 50-100c
Kühlgebläse: 0%
Einhausung: Empfohlen – zur Temperaturregulierung und Vermeidung von Verzug
Baufläche: Kaptonband, ABS-Schlamm
Druckgeschwindigkeit: 40-60 mm/s empfohlen
Direktantriebsextruder: Ja
Bowden-Extruder: Ja
Variationen
ABS kann mit einer Vielzahl von Zusatzstoffen über einfache Farben hinaus angereichert werden. Einige Beispiele sind: Farbwechsel, fluoreszierend, phosphoreszierend, Polycarbonat usw. Andere Zusatzstoffe können die Festigkeit, Flexibilität und Haltbarkeit von ABS erhöhen. All diese Variationen können die Druck- und Betttemperatur, Geschwindigkeit, Dämpfe, hygroskopischen und biologisch abbaubaren Eigenschaften usw. beeinflussen.
Lagerung
Bei sachgemäßer Lagerung hat es eine lange Haltbarkeit und obwohl es mäßig hygroskopisch ist, wird empfohlen, es an einem kühlen, trockenen Ort, fern von direkter Sonneneinstrahlung zu lagern.
Vorteile
ABS ist eines der haltbarsten Materialien, die für den 3D-Druck verfügbar sind, was ihm ein breites Anwendungsspektrum für Modelle, Funktionsteile sowohl im Innen- als auch im Außenbereich verleiht.
Nachteile
Mit moderatem Verzug, Schrumpfung und der Notwendigkeit eines beheizten Betts und einer empfohlenen Kammer ist ABS ein schwieriger zu druckendes Material. In Kombination mit seinem stechenden, möglicherweise gefährlichen Geruch ist es je nach Ihren Bedürfnissen möglicherweise nicht die beste Wahl.
PETG – Polyethylenterephthalatglykol
Übersicht
PETG ist Glykol-versetztes PET. Es wird oft als bessere Alternative zu ABS angesehen, da es einfacher zu drucken ist und weniger Dämpfe erzeugt. Es ist, wie ABS, haltbarer und flexibler als PLA, benötigt jedoch keine Kammer zur Temperaturregelung und verzieht sich nicht so stark wie ABS. Es benötigt jedoch immer noch ein beheiztes Bett für eine gute Haftung, nur meist nicht so heiß wie ABS.
Anwendungen außerhalb des 3D-Drucks
PET (ohne Glykol) ist der häufig verwendete Kunststoff am Arbeitsplatz und wird häufig zur Herstellung von Wasserflaschen, Fasern in Kleidung und Lebensmittelbehältern verwendet, während PETG (mit Glykol) außerhalb des 3D-Drucks nicht sehr verbreitet ist, da es speziell hinzugefügt wurde, um es klarer, weniger spröde und einfacher zu drucken zu machen.
Anwendungen im 3D-Druck
PETG eignet sich hervorragend für Modelle, Ersatzteile und einige Außenanwendungen, obwohl es nicht als UV-beständig gilt. Es ist jedoch witterungsbeständiger als PLA und weist eine überdurchschnittliche Festigkeit und Haltbarkeit bei moderater Flexibilität auf.
Eigenschaften
Druckbarkeit: Leicht
Festigkeit: Mittel
Dichte: 1,23 g/cm3
Flexibilität: Mittel
Sprödigkeit: Gering
Haltbarkeit: Hoch
Abrasivität: Gering – abhängig von den Zusatzstoffen
Verformungen: Gering – minimale Verformung und Krümmung während des Drucks
Schrumpfung: ~0,8%
Fädenziehen: Moderat
Glaspunkt: ~80c
Witterungsbeständigkeit: Moderat – beständig gegen Hitze und Feuchtigkeit
Dämpfe: Minimal – abhängig von den Zusatzstoffen
Lösungsmittel: Dichlormethan, Toluol, Cyclohexanon und Methylethylketon
Biologisch abbaubar: Nein
Hygroskopisch: Hoch
Lebensmittelecht: Im Allgemeinen Nein
Druckeinstellungen
Düsentemperatur: 220-250c
Betttemperatur: 50-75c
Kühlgebläse: 0% - 30%
Einhausung: Nein
Baufläche: Klebestift auf Glas, Malerkrepp
Druckgeschwindigkeit: 40-60 mm/s empfohlen
Direktantriebsextruder: Ja
Bowden-Extruder: Ja
Variationen
PETT (Polyethylen coTrimethylenterephthalat) ist eine häufige Variante von PETG. Es ist etwas steifer als PETG und nahezu transparent.
Lagerung
Bei sachgemäßer Lagerung hat es eine lange Haltbarkeit, ist aber stark hygroskopisch. Es wird empfohlen, es an einem kühlen, trockenen Ort in einem luftdichten Behälter mit Trockenmittel und fern von direkter Sonneneinstrahlung zu lagern.
Vorteile
PETG ist bekannt für seine glänzend glatte Oberfläche und gute Haftung auf dem Druckbett. Es ist beim Drucken größtenteils geruchlos, abhängig von den Zusatzstoffen. Seine geringe Schrumpfungsrate macht es zu einem der besseren Materialien für Funktionsdrucke mit engen Toleranzen.
Nachteile
Schlechtes Überbrücken ist ein häufiges Problem bei PETG, daher sind im Vergleich zu anderen FDM-Filamenttypen mehr Stützen erforderlich. Fädenziehen ist ein weiteres häufiges Problem. Dies kann mit entsprechenden Anpassungen an den Rückzug, den Kühlgebläse und das Abwischen der Düse vor dem Verfahrweg behoben werden.
TPU – Thermoplastisches Polyurethan
Übersicht
TPU ist die gängigste Art von flexiblen FDM-Druckmaterialien. Während es dem physischen Missbrauch standhalten kann, bei dem PLA, ABS und PETG versagen würden, ist es auch weich und flexibel und bietet Eigenschaften, die diese anderen Materialien nicht haben. Je nach den Zusatzstoffen kann TPU entweder extrem flexibel (und schwieriger zu drucken) oder steifer (und einfacher zu drucken) sein, während es dennoch seine Haltbarkeit beibehält.
Anwendungen außerhalb des 3D-Drucks
TPU und TPE (Thermoplastische Elastomere) werden in der Industrie häufig für Automobilteile, Haushaltsgeräte und medizinische Geräte verwendet. Ihre hohe Haltbarkeit, Flexibilität und Witterungsbeständigkeit verleihen ihnen ein sehr breites Anwendungsspektrum.
Anwendungen im 3D-Druck
TPU eignet sich hervorragend für gedruckte Teile, die viel beansprucht werden: Verschleiß, Biegung/Verbiegung/Dehnung, Witterungsbeständigkeit usw. Dies kann Drohnenteile, Handyhüllen, Spielzeugteile (wie Räder) und tragbare Geräte wie Armbänder und sogar Schuhe umfassen.
Eigenschaften
Druckbarkeit: Schwierig
Festigkeit: Hoch
Dichte: ~1,2 g/cm3
Flexibilität: Hoch
Sprödigkeit: Gering
Haltbarkeit: Hoch
Abrasivität: Gering
Verformungen: Gering – minimale Verformung und Krümmung während des Drucks
Schrumpfung: ~0,6-1,0%
Fädenziehen: Moderat
Glaspunkt: ~-53 – -27c (weil es flexibel ist!)
Witterungsbeständigkeit: Hoch – sehr beständig gegen Hitze und Feuchtigkeit
Dämpfe: Gering – abhängig von den Zusatzstoffen
Lösungsmittel: Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidin und Tetrahydrofuran
Biologisch abbaubar: Nein
Hygroskopisch: Gering
Lebensmittelecht: Nein
Druckeinstellungen
Düsentemperatur: 210-230c
Betttemperatur: Aus - 60c (oft nicht erforderlich – abhängig von der Bettoberfläche)
Kühlgebläse: 0% - 50%
Einhausung: Nein
Baufläche: PEI, Malerkrepp
Druckgeschwindigkeit: 20-40 mm/s empfohlen
Direktantriebsextruder: Ja
Bowden-Extruder: Nicht empfohlen
Variationen
TPC (Thermoplastisches Copolyester) bietet eine höhere Beständigkeit gegen Chemikalien und UV-Strahlung sowie eine Hitzebeständigkeit bis 150 °C.
Lagerung
Bei sachgemäßer Lagerung hat es eine lange Haltbarkeit und ist nicht stark hygroskopisch. Es wird empfohlen, es an einem kühlen, trockenen Ort in einem luftdichten Behälter und vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt zu lagern.
Vorteile
TPU hat eine ausgezeichnete Schlagfestigkeit, ist sehr haltbar, weich und flexibel. Mit diesen Eigenschaften glänzt es in Anwendungen, die viel Beanspruchung und Flexibilität erfordern, bei denen andere FDM-Materialien versagen würden.
Nachteile
TPU ist aufgrund seiner Flexibilität eines der am schwierigsten zu druckenden Materialien. Ohne einen sehr gut geführten Filamentweg vom Extruderrad zur Düse entweicht es sehr oft aus diesem Weg und verklemmt sich. Aus diesem Grund werden Bowden-Extruder nicht empfohlen, Dual-Gear-Direktantriebsextruder hingegen schon. Die Druckgeschwindigkeiten sollten ebenfalls reduziert werden, da es sehr schwierig ist, mit den normalen Geschwindigkeiten, die bei steiferen Filamenten verwendet werden, zu drucken.
Fazit
Wie wir eingangs erwähnt haben, war dies nur ein allgemeiner Leitfaden zu den 4 heute am häufigsten verwendeten FDM-3D-Druckmaterialien. Jedes der behandelten Materialien weist unzählige Variationen in Bezug auf Farbe, Zusatzstoffe, Druck- und Materialeigenschaften sowie Anwendungen auf, die zu behandeln, geschweige denn zu lesen, überwältigend wäre.
Die Eigenschaften und Druckeinstellungen sollten als „Starthilfe“ für Ihren Drucker und Ihr Filament verwendet werden. Jeder Drucker ist anders und jede Filamentrolle kann anders sein – selbst vom selben Hersteller. Es wird daher dringend empfohlen, mit jeder Rolle kleine Testdrucke für Temperatur, Kühlung, Geschwindigkeit und Retraction durchzuführen, um sicherzustellen, dass Sie jedes Mal den bestmöglichen Druck erhalten.
Und schließlich finden Sie hier eine leicht überschaubare Tabelle aller Eigenschaften und Druckeinstellungen für die in diesem Beitrag behandelten Filamenttypen.
Viel Spaß.
|
Eigenschaft |
PLA |
ABS |
PETG |
TPU |
|
Bedruckbarkeit |
Einfach |
Mittel |
Einfach |
Schwierig |
|
Festigkeit |
Mittel |
Mittel |
Mittel |
Hoch |
|
Dichte |
1.24 g/cm3 |
1.01 g/cm3 |
1.24 g/cm3 |
1.2 g/cm3 |
|
Flexibilität |
Niedrig |
Mittel |
Mittel |
Hoch |
|
Sprödigkeit |
Hoch |
Niedrig |
Niedrig |
Niedrig |
|
Haltbarkeit |
Mittel |
Hoch |
Hoch |
Hoch |
|
Abrasivität |
Niedrig |
Niedrig |
Niedrig |
Niedrig |
|
Verformungen |
Minimal |
Moderat |
Niedrig |
Niedrig |
|
Schrumpfung |
0.2 - 0.25% |
08. - 8% |
0.8% |
0.6 – 1.0% |
|
Fädenziehen |
Niedrig |
Niedrig |
Moderat |
Moderat |
|
Glaspunkt |
55-60c |
105c |
80c |
< 27c (es ist flexibel!) |
|
Witterungsbeständigkeit |
Schlecht |
Moderat |
Moderat |
Hoch |
|
Dämpfe |
Minimal |
Moderat |
Minimal |
Niedrig |
|
Lösungsmittel |
Ethylacetat, Propylencarbonat |
Ester, Ketone (Aceton), Chloroform und Ethylendichlorid |
|