Gids voor 4 veelvoorkomende filamenttypen om je printer goed te voeden

Er zijn tegenwoordig schijnbaar talloze soorten en varianten van FDM-3D-printmaterialen beschikbaar, vergeleken met slechts enkele jaren geleden, toen ABS in feite de enige optie was. Eén handleiding voor al deze materialen zou buitengewoon uitgebreid zijn – niet alleen om te lezen, maar ook om samen te stellen en te schrijven. 

Daarom richten we ons op de 4 meest gebruikte materialen van dit moment: PLA, ABS, PETG en TPU. 

Deze handleiding wil u, de 3D-printerliefhebber, een beter inzicht geven in deze materialen: hun samenstelling en eigenschappen, evenals gangbare printinstellingen en toepassingen. 

Deze handleiding geeft een overzicht van het materiaal, het gebruik ervan binnen en buiten 3D-printen, de fysische eigenschappen van het materiaal, voorgestelde printinstellingen en tot slot de voor- en nadelen van elk materiaal. 

Het uiteindelijke doel hiervan is dat u de best mogelijke 3D-printervaring kunt bereiken door het giswerk weg te nemen bij de keuze van materialen, de manier waarop u ze print en wanneer u ze gebruikt. 

Disclaimer

Dit is geenszins een uitgebreide handleiding, zelfs niet voor deze 4 materiaalsoorten. Omdat er voor geen enkel materiaal industriestandaarden bestaan voor samenstelling of toevoegingen, komen variaties in hun eigenschappen (zelfs van dezelfde fabrikant) vaak voor. Daarom zijn de materiaaleigenschappen en printinstellingen algemeen gehouden – uw ervaringen kunnen variëren.

En tot slot, voordat we beginnen, nog een opmerking over ‘voedselveilige’ materialen. Het is de persoonlijke mening van deze auteur (uit voorzorg) dat GEEN ENKEL FDM-3D-printmateriaal als ‘voedselveilig’ moet worden beschouwd. 

Hoewel de chemische basiselementen van sommige FDM-materialen mogelijk ‘FDA-goedgekeurd’ zijn, bestaan er geen overheidsvoorschriften voor de veiligheid van deze materialen en hun toevoegingen, of van de 3D-printapparatuur waar ze doorheen gaan, om te garanderen dat voedselveilige ingrediënten of apparatuur worden gebruikt.  

Bovendien zijn door de eigenschappen van FDM-3D-printen openingen, spleten en gaten overvloedig aanwezig in 3D-prints. Hierdoor kunnen voedseldeeltjes en resten vast komen te zitten in die objecten, die zeer moeilijk, zo niet onmogelijk, goed te reinigen zijn. Na verloop van tijd kunnen bacteriën, virussen en schimmels groeien. Dit kan allemaal leiden tot een snel bezoek aan de badkamer (op zijn minst) of aan het ziekenhuis (in het ergste geval). 

Nu dat uit de weg is, kunnen we beginnen. 

Inleiding tot JGMAKER-filament: https://www.jgmaker3d.com/collections/filament 

PLA – Polymelkzuur 

Overzicht

PLA is momenteel het populairste filament voor 3D-printen dat verkrijgbaar is. Dit komt grotendeels door de lage productiekosten, waarbij voornamelijk organische grondstoffen zoals maïs en suikerriet worden gebruikt. Het heeft het grootste aanbod aan kleuren en toevoegingen van alle andere soorten FDM-filament. Het is ook een van de gemakkelijkst te verwerken filamenten en levert uitstekende resultaten bij een breed bereik aan relatief lage temperaturen, vaak zonder dat een verwarmd printbed of een behuizing nodig is.

JGMaker PLA  Beschikbaar: 

https://www.jgmaker3d.com/collections/filament/products/3d-printer-pla-filament

Toepassingen buiten 3D-printen

PLA kent buiten het 3D-printen slechts beperkte toepassingen. Het kan worden afgebroken tot melkzuur en worden gebruikt in medische implantaten die na verloop van tijd oplossen. Het kan ook worden gebruikt als wegwerpverpakkingsmateriaal. 

Toepassingen binnen 3D-printen

PLA is uitstekend geschikt voor modelbouw en mechanische onderdelen met lage belasting. Het lage glaspunt, de slechte weerbestendigheid en de brosheid beperken het gebruik ervan in hete, vochtige omgevingen of toepassingen met hoge belasting. Het wordt echter veel gebruikt voor sculpturen met ‘Lost PLA Casting’, waarbij een mal van de 3D-print wordt gegoten en het PLA vervolgens wordt weggesmolten – vergelijkbaar met ‘Lost Wax Casting’. 

Eigenschappen

Printbaarheid: eenvoudig

Sterkte: gemiddeld

Dichtheid: 1,24 g/cm³

Flexibiliteit: laag

Brosheid: hoog

Duurzaamheid: gemiddeld

Schuurgraad: laag – afhankelijk van additieven

Vervormingen: minimaal – kan loskomen van het bed en omkrullen bij overhangen
Krimp: 0,2-0,25%

Draadvorming: laag – afhankelijk van additieven en koeling

Glaspunt: 55-60 °C

Weerbestendigheid: slecht. Gevoelig voor uv-straling, hitte en vocht.

Dampen: minimaal – afhankelijk van de additieven.

Oplosmiddelen: ethylacetaat, propyleencarbonaat

Biologisch afbreekbaar: ja, onder optimale omstandigheden

Hygroscopisch: gemiddeld

Voedselveilig: Over het algemeen nee 

Printinstellingen

Nozzletemperatuur: 180-230 °C

Bedtemperatuur: uit-50 °C

Koelventilator: 50-100%

Behuizing: geen

Printoppervlak: blauwe tape, PEI, glas, lijmstift enzovoort

Printsnelheid: aanbevolen 30-90 mm/s

Directdrive-extruder: ja

Bowden-extruder: Ja 

Varianten

PLA is verkrijgbaar met een groot aantal additieven naast eenvoudige kleurstoffen. Voorbeelden zijn: Glow, hout, metaal, koolstofvezel enzovoort. Andere additieven kunnen de sterkte, flexibiliteit en duurzaamheid van PLA verhogen. Al deze variaties kunnen invloed hebben op de print- en bedtemperatuur, snelheid, dampen, hygroscopiciteit, biologische afbreekbaarheid enzovoort. 

Opslag

Het is lang houdbaar wanneer het op de juiste manier wordt bewaard. Hoewel het slechts matig hygroscopisch is, wordt aanbevolen het op een koele, droge plaats te bewaren, uit de buurt van direct zonlicht. 

Voordelen

PLA is tegenwoordig een van de eenvoudigste en goedkoopste 3D-printfilamenten op de markt. Het brede scala aan kleuren en additieven, evenals het gebruiksgemak bij het printen, maakt het zeer veelzijdig en prettig om mee te werken. 

Nadelen

Vanwege de brosheid, het lage glaspunt en de slechte weerbestendigheid wordt PLA niet beschouwd als een goede keuze voor buitentoepassingen, vochtige omgevingen of toepassingen met hoge belasting.

 

 ABS – acrylonitril-butadieen-styreen 

Overzicht

ABS was een van de eerste materialen die werden gebruikt voor industrieel en persoonlijk 3D-printen, waardoor het destijds de populairste kunststof was. Met de introductie van aanvullende materialen is de populariteit ervan echter afgenomen. ABS wordt gemaakt van acrylonitril, butadieen en styreen (ook wel: ABS), die allemaal koolwaterstoffen zijn die uit fossiele brandstoffen worden geproduceerd. Door de sterke neiging tot kromtrekken, de vereiste van een verwarmd bed en een verwarmde kamer, de penetrante geur en aanzienlijke krimp is het een redelijk moeilijk 3D-printmateriaal om mee te werken.  

Toepassingen buiten 3D-printen

ABS wordt in de industrie veel gebruikt als een veelvoorkomende spuitgegoten kunststof. Het hoge glaspunt, de weerbestendigheid, duurzaamheid en gematigde flexibiliteit zorgen voor een zeer breed scala aan toepassingen, van auto-onderdelen en keukenapparatuur tot LEGO en medische hulpmiddelen.  

Toepassingen binnen 3D-printen

ABS is uitstekend geschikt voor modellen, vervangingsonderdelen en buitentoepassingen dankzij de bovengemiddelde UV- en weerbestendigheid, sterkte en duurzaamheid, evenals de gemiddelde flexibiliteit. Het laat zich goed schuren, lijmen en verven, waardoor de toepassingsmogelijkheden en het nut ervan toenemen. 

Eigenschappen

Printbaarheid: gemiddeld

Sterkte: gemiddeld

Dichtheid: 1,01 g/cm³

Flexibiliteit: gemiddeld

Brosheid: Laag

Duurzaamheid: Hoog

Schuurgraad: laag – afhankelijk van additieven

Vervormingen: gemiddeld – gemakkelijk van het bed los te trekken, tijdens het printen opkrullend en loslatend bij de lagen
Krimp: 0,8% - 8%

Draadvorming: laag – afhankelijk van additieven en koeling

Glaspunt: ~105c

Weerbestendigheid: gemiddeld – bestand tegen UV, hitte en vocht

Dampen: gemiddeld – sterke, mogelijk schadelijke dampen

Oplosmiddelen: esters, ketonen (aceton), chloroform en ethyleendichloride

Biologisch afbreekbaar: Nee

Hygroscopisch: gemiddeld

Voedselveilig: Nee 

Printinstellingen

Nozzletemperatuur: 210-250c

Bedtemperatuur: 50-100c

Koelventilator: 0%

Behuizing: aanbevolen – om de temperatuur te reguleren en kromtrekken te voorkomen

Printoppervlak: Kapton-tape, ABS-slurry

Printsnelheid: 40–60 mm/s aanbevolen

Directdrive-extruder: ja

Bowden-extruder: Ja 

Varianten

ABS is verkrijgbaar met een groot aantal additieven naast eenvoudige kleurstoffen. Voorbeelden hiervan zijn: kleurveranderend, fluorescerend, fosforescerend, polycarbonaat, enzovoort. Andere additieven kunnen de sterkte, flexibiliteit en duurzaamheid van ABS verhogen. Al deze varianten kunnen invloed hebben op de print- en bedtemperatuur, snelheid, dampen, hygroscopische en biologisch afbreekbare eigenschappen enzovoort. 

Opslag

Het heeft een lange houdbaarheid wanneer het op de juiste manier wordt bewaard. Hoewel het matig hygroscopisch is, wordt aanbevolen het op een koele, droge plaats en uit direct zonlicht te bewaren. 

Voordelen

ABS is een van de duurzaamste materialen die beschikbaar zijn voor 3D-printen en heeft daardoor een breed toepassingsgebied, van modellen tot functionele onderdelen voor zowel binnen- als buitenshuis. 

Nadelen

Door de gemiddelde mate van kromtrekken en krimp en de noodzaak van een verwarmd printbed en een aanbevolen behuizing is ABS moeilijker te printen. In combinatie met de sterke, mogelijk schadelijke geur is het mogelijk niet de beste keuze, afhankelijk van je behoeften.

 PETG – polyethyleentereftalaatglycol 

Overzicht

PETG is PET waaraan glycol is toegevoegd. Het wordt vaak beschouwd als een beter alternatief voor ABS, omdat het gemakkelijker te printen is en minder dampen produceert. Net als ABS is het duurzamer en flexibeler dan PLA, maar er is geen behuizing voor temperatuurregeling nodig en het trekt minder krom dan ABS. Voor een goede hechting is echter nog steeds een verwarmd printbed nodig, doorgaans alleen niet zo warm als bij ABS. 

Toepassingen buiten 3D-printen

PET (zonder glycol) is de meest gebruikte kunststof op de werkplek en wordt veel gebruikt voor het maken van waterflessen, vezels in kleding en voedselverpakkingen, terwijl PETG (met glycol) buiten 3D-printen niet veel voorkomt, omdat glycol specifiek werd toegevoegd om het materiaal helderder, minder bros en gemakkelijker te printen te maken. 

Toepassingen binnen 3D-printen

PETG is uitstekend geschikt voor modellen, vervangingsonderdelen en sommige buitentoepassingen, hoewel het niet als UV-bestendig wordt beschouwd. Het is echter weerbestendiger dan PLA en heeft een bovengemiddelde sterkte en duurzaamheid met een gemiddelde flexibiliteit. 

Eigenschappen

Printbaarheid: eenvoudig

Sterkte: gemiddeld

Dichtheid: 1,23 g/cm³

Flexibiliteit: gemiddeld

Brosheid: Laag

Duurzaamheid: Hoog

Schuurgraad: laag – afhankelijk van additieven

Vervormingen: Laag – minimale kromtrekking en omkrulling tijdens het printen
Krimp: ~0,8%

Draadvorming: Gemiddeld

Glaspunt: ~80 °C

Weerbestendigheid: Gemiddeld – bestand tegen hitte en vocht

Dampen: Minimaal – afhankelijk van additieven

Oplosmiddelen: dichloormethaan, tolueen, cyclohexanon en methylethylketon

Biologisch afbreekbaar: Nee

Hygroscopisch: Hoog

Voedselveilig: Over het algemeen nee 

Printinstellingen

Nozzletemperatuur: 220–250 °C

Bedtemperatuur: 50–75 °C

Koelventilator: 0%–30%

Behuizing: nee

Printoppervlak: Lijmstift op glas, schilderstape

Printsnelheid: 40–60 mm/s aanbevolen

Directdrive-extruder: ja

Bowden-extruder: Ja 

Varianten

PETT (polyethyleen-co-trimethyleentereftalaat) is een veelvoorkomende variant van PETG. Het is iets stijver dan PETG en vrijwel transparant. 

Opslag

Het heeft bij juiste opslag een lange houdbaarheid, maar is sterk hygroscopisch. Aanbevolen wordt het koel en droog te bewaren in een luchtdichte verpakking met droogmiddel, uit de buurt van direct zonlicht. 

Voordelen

PETG staat bekend om zijn glanzende, gladde oppervlak en goede hechting aan het bed. Het is meestal geurloos tijdens het printen, afhankelijk van de additieven. De lage krimp maakt het een van de betere materialen voor functionele prints met strikte toleranties. 

Nadelen

Slecht overbruggen is een veelvoorkomend probleem bij PETG, waardoor meer ondersteuning nodig is dan bij andere FDM-filamenttypen. Draadvorming is een ander veelvoorkomend probleem. Dit kan worden beheerst door de retractie, koelventilator en het afvegen van de nozzle vóór verplaatsingen goed af te stellen.

TPU – Thermoplastisch polyurethaan 

Overzicht

TPU is het meest voorkomende type flexibel FDM-printmateriaal. Hoewel het bestand is tegen fysieke belasting waar PLA, ABS en PETG onder zouden bezwijken, is het ook zacht en flexibel en biedt het eigenschappen die deze andere materialen niet hebben. Afhankelijk van de additieven kan TPU extreem flexibel (en moeilijker te printen) of stijver (en gemakkelijker te printen) zijn, terwijl het zijn duurzaamheid behoudt. 

Toepassingen buiten 3D-printen

TPU en TPE's (thermoplastische elastomeren) worden in de industrie veel gebruikt voor auto-onderdelen, apparaten en medische benodigdheden. Hun hoge duurzaamheid, flexibiliteit en weersbestendigheid zorgen voor een zeer breed toepassingsgebied. 

Toepassingen binnen 3D-printen

TPU is uitstekend geschikt voor geprinte onderdelen die veel te verduren krijgen: slijtage, buigen, uitrekken, weersbestendigheid enzovoort. Dit kan onder andere gelden voor droneonderdelen, telefoonhoesjes, speelgoedonderdelen (zoals wielen) en draagbare producten zoals polsbandjes en zelfs schoenen. 

Eigenschappen

Printbaarheid: Moeilijk

Sterkte: Hoog

Dichtheid: ~1,2 g/cm³

Flexibiliteit: Hoog

Brosheid: Laag

Duurzaamheid: Hoog

Schurendheid: Laag

Vervormingen: Laag – minimale kromtrekking en omkrulling tijdens het printen
Krimp: ~0,6–1,0%

Draadvorming: Gemiddeld

Glaspunt: ~−53 – −27 °C (omdat het flexibel is!)

Weerbestendigheid: Hoog – zeer bestand tegen hitte en vocht

Dampen: Laag – afhankelijk van additieven

Oplosmiddelen: dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidon en tetrahydrofuraan

Biologisch afbreekbaar: Nee

Hygroscopisch: Laag

Voedselveilig: Nee  

Printinstellingen

Nozzletemperatuur: 210–230 °C

Bedtemperatuur: Uit – 60 °C (vaak niet nodig – afhankelijk van het bedoppervlak)

Koelventilator: 0% - 50%

Behuizing: nee

Printoppervlak: PEI, schilderstape

Printsnelheid: 20-40 mm/s aanbevolen

Directdrive-extruder: ja

Bowden-extruder: niet aanbevolen 

Varianten

TPC (thermoplastisch copolyester) heeft een hogere chemische en uv-bestendigheid en is bovendien hittebestendig tot 150c. 

Opslag

Het is lang houdbaar wanneer het goed wordt opgeslagen en is niet bijzonder hygroscopisch. Het wordt aanbevolen om het op een koele, droge plaats te bewaren in een luchtdichte verpakking en uit direct zonlicht. 

Voordelen

TPU heeft een uitstekende slagvastheid, is zeer duurzaam, zacht en flexibel. Dankzij deze eigenschappen blinkt het uit in toepassingen die veel belasting en flexibiliteit vereisen, waarin andere FDM-materialen zouden bezwijken. 

Nadelen

TPU is door zijn flexibiliteit een van de moeilijkst te printen materialen. Zonder een zeer goed begrensd filamentpad van het extrudertandwiel naar de nozzle zal het vaak uit dat pad ontsnappen en vastlopen. Daarom worden Bowden-extruders niet aanbevolen en extruders met directe aandrijving en dubbele tandwielen wel. Ook moet de printsnelheid worden verlaagd, omdat het zeer moeilijk is om te printen met de normale snelheden die voor stijvere filamenten worden gebruikt.

Conclusie

Zoals we aan het begin al aangaven, was dit slechts een algemene gids voor de 4 meest voorkomende FDM-3D-printmaterialen die tegenwoordig worden gebruikt. Elk materiaal kent talloze varianten op basis van kleur, additieven, print- en materiaaleigenschappen en toepassingen, die te veel zouden zijn om allemaal te behandelen, laat staan te lezen.

De eigenschappen en printinstellingen moeten worden gebruikt als uitgangspunt voor je printer en filament. Elke printer is anders en elke filamentrol kan anders zijn – zelfs van dezelfde fabrikant. Daarom wordt sterk aangeraden om met elke rol enkele kleine testprints te maken voor temperatuur, koeling, snelheid en retractie, zodat je elke keer de best mogelijke print krijgt. 

En tot slot is hier een overzichtelijke tabel met alle eigenschappen en printinstellingen voor de filamenttypen die in dit artikel worden behandeld. 

Veel plezier. 

Eigenschap	PLA	ABS	PETG	TPU
Printbaarheid	Gemakkelijk	Gemiddeld	Gemakkelijk	Moeilijk
Sterkte	Gemiddeld	Gemiddeld	Gemiddeld	Hoog
Dichtheid	1.24 g/cm3	1.01 g/cm3	1.24 g/cm3	1.2 g/cm3
Flexibiliteit	Laag	Gemiddeld	Gemiddeld	Hoog
Brosheid	Hoog	Laag	Laag	Laag
Duurzaamheid	Gemiddeld	Hoog	Hoog	Hoog
Schurendheid	Laag	Laag	Laag	Laag
Vervormingen	Minimaal	Gemiddeld	Laag	Laag
Krimp	0.2 - 0.25%	08. - 8%	0.8%	0.6 – 1.0%
Draadvorming	Laag	Laag	Gemiddeld	Gemiddeld
Glaspunt	55-60c	105c	80c	< 27c (het is flexibel!)
Weerbestendigheid	Slecht	Gemiddeld	Gemiddeld	Hoog
Dampen	Minimaal	Gemiddeld	Minimaal	Laag
Oplosmiddelen	ethylacetaat, propyleencarbonaat	esters, ketonen (aceton), chloroform en ethyleendichloride	Dichloormethaan, tolueen, cyclohexanon en methylethylketon	dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidon en tetrahydrofuraan
Biologisch afbreekbaar	Ja	Nee	Nee	Nee
Hygroscopisch	Gemiddeld	Gemiddeld	Hoog	Laag
Voedselveilig	Nee	Nee	Nee	Nee

  

Printinstellingen	PLA	ABS	PETG	TPU
Nozzletemperatuur	180 - 230c	210 - 250c	220 - 250c	210 - 230c
Bedtemperatuur	0 - 50c	50 - 100c	50 - 75c	Uit -  60c
Koelventilator	50 - 100%	0%	0 – 30%	0 – 50%
Behuizing	Geen	Aanbevolen	Geen	Geen
Printoppervlak	Blauwe tape, PEI, glas, lijmstift, enz.	Kapton-tape, ABS-slurry	Lijmstift op glas, schilderstape	PEI, schilderstape
Printsnelheid	30 - 90 mm/s	40 - 60 mm/s	40 - 60 mm/s	20 - 40 mm/s
Directdrive-extruder	Ja	Ja	Ja	Ja
Bowden-extruder	Ja	Ja	Ja	Niet aanbevolen