Filamente Grundlage des Kunststoffdrucks

Für die additive Fertigung gibt es neben dem 3D-Drucker eine andere entscheidende Komponente: das Material. Die Zahl der druckbaren Werkstoffe nimmt stetig zu. Am verbreitetsten ist der Druck mit Kunststoffen, die im Fachjargon Filamente heißen.

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Von der Stereolithographie (STL oder SLA) über selektives Lasersintern (SLS) bis zum Schmelzschichtverfahren oder Fused Filament Fabrication (FFF) oder auch Fused Deposition Modeling (FDM) gibt es genügend Techniken im 3D-Druck, in denen Kunststoff die zentrale Rolle spielt. Nicht jeder Kunststoff ist dafür geeignet. Zuerst einmal sollte es sich um ein Thermoplast handeln, also um Kunststoffe, die durch Wärmeeinwirkung verformbar werden. Als Werkstoffe zum 3D-Druck kauft man sie als Fasern, aufgewickelt auf Rollen, und nennt sie Filamente. Unter den Thermoplasten eignen sich PLA (Polymilchsäure oder Polylactide), ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), PVA (Polyvinylalkohol), Nylon (Polyamid PA 66), PC (Polycarbonat), PP (Polypropylen), TPE (Thermoplastische Elastomere), XT-Copolyester oder PS (Polystyrol) und HIPS (high impact polystyrol = hochschlagzähes Polystyrol) zum Drucken.

PLA und ABS: Das Bio-Filament und der Liebling der Industrie

Zusätzlich gibt es einige Materialmischungen wie Laywood, das aus recyceltem Holz und einem polymeren Bindemittel besteht, oder Laybrick, eine Kunststoff-Gips-Mischung. In die industrielle Welt geschafft haben es auch magnetisches PLA und Carbon PLA. Doch die Kassenschlager sind PLA und ABS. Warum? Ersterer besteht aus erneuerbaren Ressourcen, ist also nicht gesundheitsschädlich und einfach zu entsorgen, da biologisch abbaubar. Seine Schmelztemperatur liegt bereits bei 150 °C. Als Filament wird der Kunststoff mit 190 bis 220 °C gedruckt, wodurch er kein Heizbett benötigt. Leider kühlt er nur langsam ab, davor weicht er aber ab 50 °C wieder etwas auf. Daher eignet er sich sehr gut für erste Gehversuche im 3D-Druck.

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Das Filament ABS hatte sicher jeder schon in der Hand: Man kennt es verarbeitet als Spielware oder Küchengerät. Seine Stärken sind eine hohe Oberflächenhärte, Festigkeit und Zähigkeit. Daher werden mit ihm gerne Produkte hergestellt, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Außerdem kann man ABS gut nachbearbeiten, beispielsweise fräsen und drehen. Dafür unterliegt das Filament dem Warp-Effekt. Dass heißt, dass sich das Bauteil am unteren Ende ein wenig nach oben wölbt. Dieser Effekt entsteht durch die unterschiedlichen Abkühltemperaturen der einzelnen Kunststoffschichten. Um seiner Herr zu werden, sollte man daher mit einem beheizten Bett arbeiten. Die Drucktemperatur von ABS liegt in einem Bereich von 215 bis 250 °C.

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