Filamente im 3D Druck verständlich erklärt

Filamente im 3D Druck verständlich erklärt
PLA, PETG, PLA CF und Co im Praxischeck für den Alltag

Die Wahl des richtigen Filaments entscheidet im 3D Druck darüber, ob ein Bauteil nur schön aussieht oder ob es später im Alltag wirklich funktioniert. In diesem Blogbeitrag schauen wir uns die wichtigsten Filamenttypen im Detail an. Sie erfahren, was die Materialien auszeichnet, wofür sie sich eignen, welche Temperaturen typisch sind und welche Vor- und Nachteile es gibt.

Wir konzentrieren uns vor allem auf

• PLA
• PETG
• PLA-CF
• ABS
• TPU
• Nylon beziehungsweise PA
• sowie einen kurzen Blick auf ASA und Polycarbonat

Alle Angaben zu Eigenschaften und Temperaturbereichen basieren auf Herstellerdaten und etablierten Materialguides aus der 3D Druck Praxis.

Zusammenfassung: Welches Filament passt zu welchem Projekt?

Ein kurzer Leitfaden in Worten

• Wenn Sie einfache Modelle, Figuren oder dekorative Teile drucken möchten, ist PLA in vielen Fällen die erste Wahl.
• Für funktionale Teile im Alltag, die etwas robuster sein sollen, bietet sich PETG an.
• Wenn Ihre Bauteile besonders steif und formstabil sein sollen und Sie ein passendes Setup mit gehärteter Düse haben, kann PLA-CF eine sehr interessante Option sein.
• Benötigen Sie eine höhere Temperaturbeständigkeit und ein klassisches Konstruktionsmaterial, sind ABS oder ASA eine gute Wahl, wobei ASA vor allem im Außenbereich Vorteile bietet.
• Für flexible Bauteile ist TPU die richtige Kategorie, erfordert jedoch etwas Erfahrung beim Einstellen des Druckers.
• Wenn es besonders zäh und abriebfest sein soll spielt Nylon / PA seine Stärken aus.

PLA – der unkomplizierte Allrounder für Prototypen und Deko

Was ist PLA

PLA steht für Polylactid. Es ist ein thermoplastischer Kunststoff auf Basis nachwachsender Rohstoffe wie Maisstärke oder Zuckerrohr. PLA ist das Standardfilament der meisten FDM beziehungsweise FFF Drucker, weil es sehr einfach zu verarbeiten ist und keine extremen Temperaturen benötigt.

Typische Einsatzgebiete

• dekorative Objekte
• Prototypen und Musterteile
• Gehäuse ohne hohe Temperaturbelastung
• Figuren, Modelle, Halter und Adapter für den Innenbereich

Typische Druckparameter

• Düsentemperatur ungefähr 195 bis 220 Grad Celsius je nach Hersteller
• Druckbett meist 0 bis 60 Grad Celsius, viele PLA Varianten lassen sich auch ohne Heizung bedrucken
• Lüfter meist deutlich aktiv, da PLA gut von starker Bauteilkühlung profitiert

Vorteile von PLA

• sehr leicht zu drucken, auch auf Einsteigergeräten
• geringe Verzugsneigung, daher gut für größere Flächen geeignet
• vergleichsweise geringe Geruchsbelastung beim Druck
• gutes Preis Leistungsverhältnis
• feine Details und saubere Kanten möglich

Nachteile von PLA

• geringe Temperaturbeständigkeit, Bauteile erweichen oft bereits ab ungefähr 50 bis 60 Grad Celsius
• spröder als viele technische Kunststoffe und weniger schlagzäh
• für dauerhafte Anwendungen im Außenbereich nur eingeschränkt geeignet, da Wärme und UV Strahlung die Formstabilität beeinträchtigen können

PETG – robust, zäh und alltagstauglich

Was ist PETG

PETG ist ein modifiziertes PET, wie man es zum Beispiel von Getränkeflaschen kennt. Der Zusatz G steht für Glykol. Dadurch lässt sich das Material besser verarbeiten und eignet sich ideal für FDM 3D Druck. PETG gilt als einer der beliebtesten Werkstoffe für funktionale Teile, weil er Zähigkeit mit relativ einfacher Druckbarkeit verbindet.

Typische Einsatzgebiete

• technische Bauteile und Funktionsprototypen
• Halterungen, Clips, Abstandshalter
• Gehäuse, Abdeckungen, Last aufnehmende Bauteile
• bedingt für Teile im Außenbereich geeignet, wenn keine extreme UV Belastung vorliegt

Typische Druckparameter

Hersteller geben für PETG meist folgende Bereiche an

• Düsentemperatur ungefähr 220 bis 260 Grad Celsius, Prusa empfiehlt etwa 230 Grad Celsius für die erste und 240 Grad Celsius für weitere Schichten
• Druckbett meist 70 bis 90 Grad Celsius
• Bauteilkühlung moderat, da zu viel Luft zu schlechter Haftung zwischen den Schichten führen kann

Vorteile von PETG

• deutlich zäher und schlagfester als PLA
• höhere Temperaturbeständigkeit, oft bis etwa 70 Grad Celsius unter Last
• gute chemische Beständigkeit gegen viele Öle, Fette und schwache Säuren
• im Vergleich zu ABS weniger Geruchsentwicklung und weniger Verzug

Nachteile von PETG

• neigt zu Fädenbildung und Nachlaufen der Düse, wenn Retract Einstellungen nicht passen
• Oberflächen lassen sich etwas schwerer perfekt glatt bekommen als bei PLA
• Unterstützungsstrukturen können sich fester mit dem Bauteil verbinden und sind dann schwerer zu entfernen

PLA CF – steifes PLA mit Carbonfaserverstärkung

Was ist PLA CF

PLA CF ist PLA, das mit kurzen Kohlenstofffasern gefüllt ist. Die Fasern erhöhen die Steifigkeit und verbessern das mechanische Verhalten. Gleichzeitig bleibt der Druckprozess grundsätzlich so unkompliziert wie bei normalem PLA, wenn die Hardware dafür ausgelegt ist.

Typische Einsatzgebiete

• Funktionsbauteile mit höherer Steifigkeit
• Vorrichtungen, Lehren und Halterungen
• Bauteile, bei denen geringes Gewicht und Formstabilität wichtig sind

Typische Druckparameter

• Düsentemperatur je nach Hersteller meist im Bereich klassischer PLA Typen, häufig etwa 190 bis 220 Grad Celsius
• Druckbett ungefähr 0 bis 60 Grad Celsius
• eine gehärtete oder beschichtete Düse ist sehr zu empfehlen, da die Fasern stark abrasiv wirken und Messingdüsen schnell verschleißen

Vorteile von PLA CF

• deutlich höhere Steifigkeit als normales PLA
• sehr gute Maßhaltigkeit und geringe Schrumpfung
• matte Oberfläche, die Layerlinien optisch kaschiert
• vergleichsweise einfache Druckbarkeit für ein verstärktes Filament

Nachteile von PLA CF

• stark abrasiv, daher Verschleiß an Standarddüsen
• zäher, aber oft eher spröde Bruchcharakteristik statt duktiler Verformung
• wie PLA nur begrenzt temperaturbeständig, die Carbonfasern verbessern vor allem Steifigkeit, nicht die Erweichungstemperatur

ABS – Klassiker für funktionale Teile mit höherer Temperaturbeständigkeit

Was ist ABS

ABS steht für Acrylnitril Butadien Styrol. Es ist ein weit verbreiteter Konstruktionskunststoff und wird unter anderem für Gehäuse, Spielzeug und Automobilteile genutzt. ABS im 3D Druck eignet sich für funktionale Bauteile, benötigt aber höhere Temperaturen und eine kontrollierte Umgebung.

Typische Einsatzgebiete

• funktionale Bauteile mit höherer Temperaturbelastung
• technische Gehäuse und mechanische Komponenten
• Schnappverbindungen und Clips
• Teile, die mit Aceton nachbearbeitet werden sollen, um eine glattere Oberfläche zu erzielen

Typische Druckparameter

• Düsentemperatur meist zwischen 240 und 260 Grad Celsius
• Druckbett etwa 80 bis 110 Grad Celsius zur Verringerung von Warping
• ideal ist ein geschlossener Bauraum, um Zugluft und Temperaturschwankungen zu minimieren

Vorteile von ABS

• gute Temperaturbeständigkeit, meist höher als bei PLA und PETG
• robust und mechanisch belastbar
• lässt sich nachträglich gut mechanisch bearbeiten und kleben
• Oberfläche kann durch Dampfglätten mit geeigneten Verfahren verfeinert werden

Nachteile von ABS

• deutlich höhere Verzugstendenz, besonders bei großen Bauteilen
• Geruchs und Emissionsentwicklung beim Druck, daher ist gute Belüftung sinnvoll
• erfordert meist ein beheiztes Bett und idealerweise ein geschlossenes Gehäuse, was nicht jeder Drucker bietet

TPU – flexible Bauteile aus Gummi ähnlichem Material

Was ist TPU

TPU steht für thermoplastisches Polyurethan. Es handelt sich um ein flexibles Filament mit gummi ähnlichen Eigenschaften. Abhängig von der Shore Härte reicht das Spektrum von leicht flexibel bis sehr weich. TPU wird überall dort eingesetzt, wo Elastizität gefragt ist.

Typische Einsatzgebiete

• Dichtungen, Puffer, Vibrationsdämpfer
• Handyhüllen, Griffe, Schutzkappen
• Reifen oder Schuhsohlen im Modellbau
• funktionale Prototypen mit Biege oder Dehnbeanspruchung

Typische Druckparameter

Die genauen Werte hängen stark von der TPU Variante ab, viele Hersteller geben an

• Düsentemperatur zum Beispiel etwa 210 bis 250 Grad Celsius
• Druckbett meist im Bereich 25 bis 60 Grad Celsius
• eher geringe Druckgeschwindigkeit, häufig etwa 20 bis 40 Millimeter pro Sekunde
• häufig wird ein Direktantrieb empfohlen, um das flexible Filament sicher zu fördern

Vorteile von TPU

• sehr hohe Flexibilität und Dehnfähigkeit
• gute Beständigkeit gegen viele Öle, Fette und Chemikalien
• schlag und abriebfest, daher gut für dynamisch beanspruchte Teile

Nachteile von TPU

• anspruchsvoller im Handling, besonders bei Bowden Extrudern
• neigt zu Stringing und Unsauberkeiten, wenn Druckparameter nicht optimal eingestellt sind
• sehr weiche Varianten erfordern meist reduzierte Druckgeschwindigkeit und sorgfältig abgestimmte Förderung

Nylon beziehungsweise PA – zäh, gleitfreudig und anspruchsvoll

Was ist Nylon beziehungsweise Polyamid

Nylon oder Polyamid ist ein technischer Kunststoff, der durch hohe Zähigkeit, Abriebfestigkeit und chemische Beständigkeit auffällt. Er wird sowohl im Spritzguss als auch in verschiedenen 3D Druckverfahren genutzt. Für FDM Druck kommen meist Typen auf Basis von PA6, PA66 oder PA12 zum Einsatz.

Typische Einsatzgebiete

• Zahnräder, Lagerbuchsen und gleitende Elemente
• funktionale Bauteile mit Dauerbelastung
• mechanisch beanspruchte Clips, Scharniere und Schnappverbindungen
• technische Teile, die mit Schmiermitteln in Kontakt stehen, etwa im Maschinenbau

Typische Druckparameter

• Düsentemperatur häufig etwa 230 bis 260 Grad Celsius
• Druckbett meist im Bereich 40 bis 70 Grad Celsius
• oft wird ein geschlossener Bauraum empfohlen, um Verzug zu minimieren
• Nylon ist stark hygroskopisch und muss vor dem Druck getrocknet werden

Vorteile von Nylon

• sehr hohe Zähigkeit und gute Schlagfestigkeit
• sehr gute Abrieb und Gleit Eigenschaften
• gute chemische Beständigkeit gegenüber vielen Ölen, Fetten und Kraftstoffen

Nachteile von Nylon

• nimmt stark Feuchtigkeit aus der Luft auf, was ohne Trocknung zu Blasenbildung und schlechter Oberfläche führt
• tendiert zu Warping, daher ist eine stabile Druckumgebung wichtig
• nicht jeder Standarddrucker erreicht dauerhaft die notwendigen Temperaturen

Kurzüberblick Spezialfilamente ASA und Polycarbonat

Neben den oben genannten Standardmaterialien gibt es weitere Filamente, die für bestimmte Anwendungen interessant sind.

ASA – Spezialist für den Außenbereich

ASA ist chemisch verwandt mit ABS und wurde als UV beständige Alternative entwickelt.

Typische Eigenschaften

• sehr gute Beständigkeit gegen UV Strahlung und Witterung
• eignet sich besonders für Bauteile im Außenbereich wie Gehäuse, Halterungen oder Beschilderungen
• Düsentemperaturen liegen meist um 240 Grad Celsius, das Bett wird oft mit ungefähr 90 bis 100 Grad Celsius betrieben

Polycarbonat – besonders widerstandsfähiges Hochleistungsmaterial

Polycarbonat kurz PC ist ein sehr zäher und hitzebeständiger Konstruktionskunststoff. PC Filament wird verwendet, wenn hohe Temperaturfestigkeit und Schlagzähigkeit gefordert sind.

Typische Eigenschaften

• sehr hohe Schlagzähigkeit und Festigkeit
• behält seine Form auch bei Temperaturen deutlich über 100 Grad Celsius, Glasübergang etwa bei 147 bis 150 Grad Celsius
• erfordert hohe Düsentemperaturen meist im Bereich von etwa 260 bis 300 Grad Celsius und ein entsprechend hitzefestes Hotend