Günstige Commodity-Filamente für Einsteiger
Für Anfänger und Einsteiger empfehlen wir grundsätzlich PLA. PLA (Polylactic-Acid oder auf Deutsch auch Polymilchsäure genannt) ist ein ausgesprochen einfach zu druckendes Filament, welches kein Rohöl beinhaltet. Oftmals wird das Material deshalb auch als ökologisch wertvoll bzw. nachhaltig vermarktet. Grundsätzlich lassen sich nahezu alle PLA Filamente kompostieren, allerdings nur unter Industriebedingungen, was bei einer konstanten Temperatur von 50°C über drei Monate bedeutet.
Die Materialeigenschaften von PLA sind für Standardanwendungen ausreichend. Das Material eignet sich für standardisierte Halterungen / Fixierungen sowie beispielsweise für Figuren, Architektur und Dekoration und ist daher für die meisten Heim- und Hobby-Projekte vollkommen ausreichend.
Für alle Anwender, die den einfachen Druck eines PLAs nicht aufgeben möchten, aber stärkere mechanische Eigenschaften (Belastbarkeit und Bruchfestigkeit) benötigen, ist Tough PLA die richtige Wahl. Dieses modifizierte PLA ist ähnlich wie ein Kompromiss aus PLA und ABS (Acrylnitril Butadien Styrol Copolymer). Häufig wird Tough PLA unter verschiedenen Markennamen wie "Pro1", "High Impact" oder "HI" verkauft. Das Grundprinzip bleibt aber gleich.
Neben PLA sind auch ABS und PET (Polyethylenterephthalat) bzw. das mit Glykol modifizierte PETG einzuordnen. Der bekannte Hersteller Ultimaker verkauft PET Filamente auch unter der Bezeichnung CPE und CPE+. Welches Commodity Material ein Nutzer bevorzugt, hängt häufig nicht zuletzt damit zusammen, wann man in den 3D-Druck gestartet ist.
Zu Beginn des aktuellen 3D-Druck Trends war ABS das einzig nutzbare Filament. Im Anschluss folgte PLA, welches sich bis heute äußerst großer Beliebtheit erfreut, und seit einiger Zeit gibt es nun auch PETG. Die meisten Kunden nutzen auch heute noch PLA, wobei der Anteil der PETG Anwender stetig wächst. PETG hat weniger Warping (Verzug) als ABS, aber gleichzeitig eine Temperaturbeständigkeit von ca. 80°C (was höher ist als die 60°C von PLA).
Alle Filamente gibt es selbstverständlich in den zwei bekannten Durchmessern 1,75 mm und 2,85 mm, in diversen Farben und in transparent und transluzent.
Technische Filamente für Funktionsbauteile
Technische Filamente beschreiben eine Gruppe von Filamenten, welche in der Polymer Pyramide oberhalb der gängigen Commodity Kunststoffe angesiedelt sind. Zu den technischen Filamenten zählen unter anderem verschiedene Polyamide (PA6 / PA66 oder auch PA11 / PA12, alles umgangssprachlich auch als Nylon bezeichnet), Polypropylen (PP), High-Impact Polystyrene (HIPS), PC (Polycarbonat) oder auch flexible Elastomere wie TPE, TPC oder TPU (Thermoplastisches Polyurethan).
Der chinesische Hersteller Polymaker bietet zum Beispiel ein beliebtes temperaturbeständiges Nylon Filament unter dem Markennamen CoPA an.
Es gibt auch besonders modifizierte Materialien für ESD-Schutz. Unser französischer Materialpartner Kimya bietet beispielsweise mit ABS ESD und TPC ESD verschiedene Filamente, welche gegen elektrostatische Entladungen gesichert sind. Auch BASF hat das Z-PCTG Filament im Portfolio. Alle diese Materialien wurden so modifiziert, dass ein Fehlerstrom vom Bauteil aufgenommen werden kann. Dies bietet Vorteile beim Drucken von elektronischen Gehäuseteilen oder Abdeckungen.
Ein weiteres besonderes Beispiel für ein herausragendes technisches Material ist das BASF Ultrafuse 316L Metall Filament. Dieses ist ein Edelstahl Filament, welches mit einem Polymer verbunden ist. Im Anschluss an den Druck wird das Bauteil chemisch entbunden und in einem Sinterofen ausgebrannt. Übrig bleibt ein Bauteil aus Edelstahl, welches auf herkömmlichen FDM-3D-Druckern kostengünstig gefertigt werden kann.
Neben den klassischen technischen Druckmaterialien gibt es natürlich auch entsprechende Stützmaterialien für gedruckte Supports von komplexen Geometrien. Ein Beispiel hierfür ist PVA Filament (Polyvinylalkohol). Dieses beliebte 3D-Druck Material ist wasserlöslich unter normalem Leitungswasser. Überhänge oder feine Details werden schlicht mit einem zweiten Extruder mit Supportmaterial unterbaut. Im Anschluss an den Druck wird das Bauteil in einem Wasserbad ausgewaschen. Das Abwasser kann im normalen Abguss entsorgt werden, solange dieser an ein Klärwerk angeschlossen ist. Neben PVA gibt es auch BVOH (Butenediol-Vinylalkohol-Copolymer), welches sich noch schneller in Wasser auflöst und daher für viele Anwendungen eine sinnvolle Alternative sein kann.
Technische Engineering Filamente haben die unterschiedlichsten Materialeigenschaften. So kann ein Polyamid beispielsweise sehr abriebfest, ein TPU sehr weich und ein PP besonders chemisch resistent sein. Alle technischen Filamente vereint die Tatsache, dass es ganz spezielle Anwendungsfälle für sie alle gibt. Häufig werden diese Filamente in industriellen und professionellen Umgebungen verwendet wo sie hohen Temperaturen oder einer Schlagbelastung ausgesetzt sind. Technische Filamente werden also im Gegensatz zu Commodity Materialien nicht für Anschauungsobjekte genutzt, sondern für Bauteile, welche eine Belastung (in verschiedenen Formen) aushalten müssen. Die Funktion steht hier über der Form.
Faserverstärkte Filamente für anspruchsvolle Anwendungen
Über die letzten Jahre, ca. ab Ende 2018 / Anfang 2019, entwickelte sich der Trend der faserverstärkten Filamente. Auch, wenn der Anteil der kohlefaser-, glasfaser- oder aramidfaserverstärkten Filamenten bislang noch deutlich kleiner ist als der der Commodity- und technischen Materialien, wächst die Nachfrage konstant. Theoretisch können viele Kunststoffe mit Fasern verstärkt werden. Gängig sind Polyamid (Nylon), PET, ABS und Polypropylen (PP). Die Hersteller geben in der Regel die Art der Faser und den Faseranteil im Produktnamen an. PA6 GF10 wäre demnach ein Nylon mit 10% Glasfaseranteil.
Kohlefaserverstärkte Filamente bieten eine hohe Steifigkeit und Belastbarkeit, leichte Bauteile und verbesserte Temperaturbeständigkeit. Die gedruckten Objekte eignen sich für komplexe Anwendungen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind.
Neben Kohlefaser (Carbon) gibt es auch noch Glasfaser und Aramidfaser (auch bekannt unter dem DuPont Markennamen Kevlar). Beide sind theoretisch noch stärker und belastbarer als Kohlefaser. Allerdings können Glasfasern brüchiger oder spröder sein als Kohlefasern. Die Glasfasern können im Extrusionsprozess brechen, wodurch sich die Länge der Fasern verringert und das Bauteil instabiler wird. Aramidfasern sind im Vergleich zu Kohlefasern weniger UV-beständig, sind aber gleichzeitig leichter und belastbarer.
Alle faserverstärkten 3D-Druckmaterialien gehören zu den sogenannten abrasiven Materialien. Das bedeutet, eine Standard Messing Druckdüse hält die Belastungen der Filamente nicht aus und würde deutlich schneller verschleißen. Abhilfe schaffen gehärtete Nozzles aus Werkzeugstahl oder mit Rubin (beispielsweise Olsson Ruby Nozzles oder Everlast). Gleichzeitig benötigen faserverstärkte Materialien einen größeren Düsendurchmesser, da die Fasern andernfalls eine 0,4 mm Nozzle verstopfen können. Wir empfehlen mindestens eine 0,6 mm gehärtete Druckdüse.
High-End Polymere, die Metall ersetzen können
An der Spitze der Polymer-Pyramide befinden sich die High-End Kunststoffe. Diese Arten von Plastik bieten ausgesprochen gute Materialeigenschaften und können in vielen Fällen auch Metall Anwendungen substituieren.
Zu den High-Performance Kunststoffen zählen unter anderem PEEK (Polyetheretherketon), PEKK (Polyetherketonketon), PPSU (Polyphenylsulfon) und PEI (Polyetherimide, auch bekannt unter dem Sabic Markennamen Ultem). Diese Materialien haben eine hohe Festigkeit und sind beständig gegen hohe Temperaturen und eine große Auswahl an Chemikalien. Zusätzlich kann PPSU Gamma-Strahlung aushalten und PEI ist kompatibel mit UL94 V0 Flammschutz Regulierung. Aus diesen Gründen sind die Hochleistungspolymere hauptsächlich in industriellen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Bau von Zügen (Railway), oder der Rüstungsindustrie zu finden. Im Alltag begegnen wir diesen Materialien sehr selten, bzw. gar nicht.
High-End Kunststoffe benötigen einen beheizten Bauraum und besonders hohe Extrusionstemperaturen. Daher sind sie nur mit Druckern kompatibel, die explizit für diese Anwendung gebaut wurden, wie beispielsweise die Drucker von Intamsys oder dem finnischen Hersteller Minifactory.
