Die günstigsten und verbreitetsten 3D-Drucker schmelzen Kunststoff von Filamentrollen und schichten ihn zu Modellen auf. Es gibt etliche verschiedene Materialien, Farben und Formen. Wir erläutern, wie sich die unterschiedlichen Materialien drucken und verwenden lassen.
Die ersten 3D-Drucker haben Filament aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) verarbeitet. Das Material ist stabil, aber nicht einfach zu drucken: Ohne beheiztes Druckbett und einem geschlossenen Bauraum ist die Verarbeitung praktisch unmöglich. Das treibt die Kosten für den Drucker nach oben und hebt die Einstiegshürde. Später begann das leichter zu druckende PLA seinen Siegeszug, das aber weit bruchempfindlicher ist. Inzwischen bietet der Markt etliche verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen.
Und damit nicht genug: Selbst Filamente verschiedener Hersteller unterscheiden sich durchaus – trotz gleicher Bezeichnung. Selbst Filamente ein und desselben Herstellers weisen abhängig von der Farbe teils leicht abweichende Eigenschaften auf. Für den perfekten Druck ist es deshalb immer notwendig, sich an das Optimum in Sachen Einstellungen heranzutasten.
Wer Filament lagert, sollte es möglichst kühl, dunkel und vor allem trocken lagern. In der Praxis hat sich die Lagerung in luftdichten Zip-Tüten und dem Einsatz von Trockengranulat als zuverlässig herausgestellt, denn manche der Kunststoffe ziehen im Laufe der Zeit Wasser und lassen sich dann nicht mehr gut verarbeiten.
Die Erfahrung zeigt, dass es sich lohnt, etwas mehr für sein Druckmaterial auszugeben. Billiges Filament funktioniert zwar ebenso, allerdings ist die Nutzung von Noname-Kunststoff ein Glücksspiel: Von unregelmäßig dicken Filamenten bis hin zu unsauber aufgewickeltem Material gibt es zahlreiche Probleme mit Low-Budget Material.
Die Eckdaten für die Druck-Settings finden sich in unserer Übersicht der bekanntesten Materialien.
Polylactide (PLA)
Polylactide (PLA), auch Polymilchsäure genannt, ist eines der am meisten verbreiteten Materialien für 3D-Drucker. Das liegt vor allem an der verhältnismäßig unkomplizierten Verarbeitung und am günstigen Preis. Zudem kann jeder FDM-Drucker damit umgehen, da es kein beheiztes Druckbett benötigt. Beispiele für günstige Modelle sind die kürzlich getesteten Drucker Da Vinci Mini w+ (Testbericht) und Duplicator i3 Mini (Testbericht).
Das biologisch abbaubare Thermoplast wird aus erneuerbaren Ressourcen wie Zuckerrohr, Maisstärke oder Kartoffelstärke und nicht aus Erdöl hergestellt. PLA findet auch Anwendung im medizinischen Bereich: Implantate beispielsweise lösen sich innerhalb von wenigen Jahren auf und werden im Körper in ungefährliche Milchsäure umgewandelt. Das gilt allerdings nur für reines PLA. Bunte Filamente für 3D-Drucker sind mit verschiedenen Farb- und Zusatzstoffen versetzt; deren genaue chemische Zusammensetzung ist meist ein Geheimnis der Hersteller. So eignet sich PLA nicht für den Druck von Bechern, Brotboxen oder ähnlichen Gegenständen, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen sollen.
Drucke aus PLA sind robust, aber spröde. Die Schmelztemperatur liegt mit 160 bis 220 Grad Celsius verhältnismäßig niedrig. Der Druck klappt auch auf unbeheizten Druckbetten, wer jedoch ein beheiztes Druckbett verwenden möchte, sollte dessen Temperatur auf 50 bis 60 Grad Celsius einstellen. Da das Material nur langsam abkühlt, sollte während des Druckes ein Lüfter laufen. Dieser kühlt das Filament und sorgt so für ein besseres Druckergebnis. Während des Druckvorgangs entstehen zwar Gerüche, aber keine giftigen Ausdünstungen. Der Druck kann also auch ohne Abluft in Wohnräumen stattfinden.
Nachteile von 3D-Drucken aus PLA sind neben der bereits erwähnten Sprödigkeit eine schlechte Hitzebeständigkeit:. Ab einer Temperatur von 45 bis 60 Grad weicht das Material auf.
Zur Nachbearbeitung empfiehlt sich der Einsatz von Schleifpapier oder Sprüh-Spachtel. Zum Verkleben eignet sich beispielsweise Sekundenkleber.
Neben einfarbigen Rollen sind auch Sonderformen aus PLA erhältlich. So gibt es beispielsweise halbtransparente, glitzernde oder nachleuchtende Filamente. Es gibt auch Varianten mit Farbwechsel-Eigenschaften bei Wärmeeinwirkung oder UV-Strahlung.
Interessant sind auch die auf PLA-basierenden Sonderformen wie beispielsweise PLA-Tec oder PLA Plus. Dieses Filament hat ähnliche Eigenschaften wie PLA, ist aber hitzebeständiger als thermoplastische Terpolymere wie ABS und zudem deutlich schlagfester.
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) gehört neben PLA zu den am weitest verbreiteten Filamenten. Es ist langlebig und günstig, allerdings etwas anspruchsvoll in der Verarbeitung: Ein Heizbett und ein geschlossener Bauraum sind für den Druck notwendig.
ABS ist ein auf Erdöl basierender Kunststoff und damit auch nicht biologisch abbaubar. Spielzeug wie Legosteine, aber auch Automobilkomponenten oder Rohrleitungen sowie Helme sind häufig aus diesem Material gefertigt.
Es ist sehr schlagfest, aber trotzdem etwas elastisch und zudem hitzebeständig bis circa 100 Grad Celsius. Die optimale Druck-Temperatur liegt zwischen 210 und 250 Grad Celsius. Zur Haftung ist ein beheiztes Druckbett mit einer Temperatur von 80 bis 110 Grad Celsius notwendig. ABS kühlt schnell ab. So ist die Nutzung eines geschlossenen Bauraums von Vorteil, damit neue Druckschichten auf noch warmes Filament gedruckt werden können. Eine aktive Kühlung per Lüfter ist nicht notwendig. Beim Druck des Kunststoffes entstehen giftige Dämpfe, weshalb der Raum, in dem gedruckt wird, unbedingt gut belüftet sein sollte. Wer viel mit dem Material druckt, sollte sich eine Absauganlage zulegen.
Um ABS nachzubearbeiten, bieten sich Schleifpapier oder die Bedampfung mit Aceton an. Aceton greift den Kunststoff an und weicht ihn auf. Das Ergebnis ist eine glatte Oberfläche; einzelne Druckschichten sind nicht mehr erkennbar. Mehr Informationen zur Bearbeitung mit Aceton gibt es hier. Zum Verkleben kommt entweder Sekundenkleber oder spezieller Kunststoffkleber, wie Uhu Plast Special, zum Einsatz.
Das Material steht in zahlreichen Farben zur Verfügung, darunter auch nachleuchtendes oder halbtransparentes ABS.
Polyethylenterephthalat, modifiziert mit Glykol (PETG)
Das mit Glykol modifizierte Polyethylenterephthalat (PETG) ist ein noch relativ wenig verbreiteter Kunststoff im 3D-Druck. Das Material vereint nach Angaben der Hersteller die Vorteile von PLA und ABS. Das bedeutet, dass es verhältnismäßig einfach zu drucken und trotzdem widerstandsfähig ist.
In seiner Grundform begegnet uns Polyethylenterephthalat (PET) täglich in der Form von Plastikflaschen für Getränke. Die Modifizierung mit Glykol sorgt dafür, dass das Material über bessere Verarbeitungseigenschaften für den 3D-Druck verfügt. Ein Vorteil gegenüber anderen Materialien ist die hohe Transparenz und Beständigkeit.
Das synthetisch hergestellte Filament ist schlagfester als ABS und hitzebeständig bis etwa 90 Grad Celsius. Der Druck erfolgt bei Temperaturen von 210 bis 250 Grad Celsius. Damit die einzelnen Drucklagen vernünftig aneinander haften, ist ein Heizbett mit einer Temperatur von 40 bis 75 Grad Celsius nötig. Eine aktive Kühlung ist empfehlenswert.
PETG neigt dazu, Fäden zu ziehen. Diese lassen sich abschleifen. Flächige Verklebungen gelingen mit Sekundenkleber. Ein großer Vorteil des Materials ist die Witterungsbeständigkeit und die Tatsache, dass das Filament kein Wasser zieht und lebensmittelecht ist. Wer Brotdosen oder Keksausstecher drucken will, sollte also zu PETG greifen.
Zusätzlich zu halbtransparenten Versionen stehen auch Filamente in Neonfarben oder Metalloptik zur Verfügung. Es ist möglich, nahezu transparent zu drucken. Dabei gilt, sich an die idealen Einstellungen heranzutasten und mit Druckgeschwindigkeit und Temperatur zu spielen. Das Ergebnis sind milchig bis nahezu transparente Gegenstände.
Thermoplastisches Polyurethan (TPU)
Ähnlich wie Gummi verhält sich thermoplastisches Polyurethan (TPU), ein Elastomer auf Basis von Urethan. Das Material eignet sich unter anderem für Stoßdämpfer und Schutzgehäuse.
Durch die hohe Elastizität ist das Drucken mit diesem Material allerdings derweil problematisch. In Druckern mit Bowdenzug-Zuführung klappt die Verarbeitung meist nur nach Hardware-Modifizierungen. Wer das Material trotzdem ausprobieren möchte, sollte sicherheitshalber nur eine kleine Menge zum Testen bestellen und sich im Vorhinein erkundigen, ob sein Drucker mit Flex-Filament zurechtkommt.
Vorteile von TPU sind eine hohe Resistenz gegen Chemikalien, eine hohe Abriebfestigkeit und die geringe Geruchsentwicklung. Das Material ist ungiftig, allergiker- und hautfreundlich. Außerdem ist es UV-beständig und verfügt über eine hohe Witterungsbeständigkeit.
Die Druck-Temperatur variiert je nach Hersteller zwischen 190 und 245 Grad Celsius. Die Verwendung eines beheizten Druckbettes mit 60 bis 90 Grad Celsius ist zwar ratsam, allerdings klappt der Druck auch ganz ohne Heizbett. Der Einsatz eines Lüfters zur Kühlung des Drucks ist sinnvoll und empfehlenswert.
Die Auswahl an Farben ist groß, allerdings wirken diese weit weniger knallig, als bei anderen Materialien. Auch milchig-transparentes TPU wird angeboten.
Holz-Filament
Drucke aus Holz-Filament haben einen ganz speziellen Charme. Nicht nur, dass die fertigen Objekte wirklich wie aus Holz aussehen und sich so bearbeiten lassen, auch der Holzduft während des Drucks hat seinen Reiz.
Das Filament besteht in den meisten Fällen aus einem Anteil an Echtholz-Partikeln und dem oben beschriebenen PLA. Die Druckeigenschaften sind deshalb ähnlich wie bei PLA.
Die Verarbeitung klappt mit den meisten Druckern, da kein beheiztes Druckbett benötigt wird. Die Extruder-Temperatur liegt zwischen 175 und 250 Grad Celsius. Farbige Unterschiede lassen sich durch Temperaturunterschiede erzeugen: Je wärmer der Druckkopf arbeitet, desto dunkler ist das fertige Ergebnis. So lässt sich sogar eine Holzmaserung darstellen.
Die Vorteile des Materials sind der natürliche Geruch, eine natürliche Haptik und eine einfache Nachbearbeitung. Druckergebnisse lassen sich einfach Schleifen, Kleben und Bohren. Die Nachteile sind eine geringe Stabilität, keine Resistenz gegen Chemikalien und die Tatsache, dass das Filament Wasser zieht. Der fertige Druck würde im Wasser aufquellen und seine Form verlieren.
Angeboten wird das Material in Brauntönen von beige bis nahezu schwarz. Auch Grüntöne sind mittlerweile verfügbar.
Fazit
Filamente unterscheiden sich unter anderem in Farben und Druckeigenschaften. Die verschiedenen Materialien und ihre Eigenschaften eignen sich vor allem für ganz unterschiedliche Einsatzzwecke.
Für Prototypen und Modellbau reicht meist die Verwendung von einfach zu verarbeitedem PLA. Wer über ein beheiztes Druckbett verfügt und gesteigerten Wert auf Haltbarkeit legt, sollte ABS einsetzen. Falls kein Heizbett verfügbar ist und das Druckergebnis trotzdem stabil und hitzebeständig sein soll, lohnt sich der Blick auf auf die PLA-Varianten PLA-Tec oder PLA+.
Wer halbtransparente Abdeckungen für Lampen oder wasserdichte Vasen drucken möchte, greift auf PETG zurück. Der Kunststoff ist auch für Gegenstände, die mit Nahrungsmitteln in Kontakt kommen, die erste Wahl.
Um einen Schutz seiner Actioncam zu fertigen oder vibrationsdämpfende Eigenschaften zu nutzen, kann man auf TPU oder verwandte Filamente zurückgreifen. Die Verarbeitung klappt aber nicht mit allen Druckern.
Zum Druck von Dekorationsgegenständen lohnt sich ein Blick auf die Filamente mit Echtholz-Zusatz. Diese haben eine angenehme Haptik und sehen sehr gut aus. Die Nachbearbeitung ist unproblematisch, die Stabilität allerdings nur mittelmäßig.
Für Sonderanwendungen stehen noch zahlreiche weitere Filament-Exoten zur Verfügung. Die Auswahl reicht von Nylon, über Stein-Filament bis hin zu in Wasser löslichen Materialien.
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Danke: bestboyzde