3D-Drucker-Filamente erklärt

So wählen Sie das richtige Filament aus

Nachdem Sie sich für einen 3D-Drucker entschieden haben, müssen Sie zunächst entscheiden, welche Art von Filament Sie verwenden möchten. Es gibt mehrere Dutzend Sorten – abgesehen von den zahlreichen Farben, in denen sie vorkommen. Wenn man durch sie watet, taucht eine Reihe chemisch klingender Namen auf: Polymilchsäure, Polyvinylalkohol, Kohlefaser und die zungenbrecherischen thermoplastischen Elastomere zum Beispiel. Sie haben eine schwindelerregende Vielfalt an Akronymen, darunter ABS, PLA, HIPS, CPE, PET, PETT, TPE, PVA und PCTPE. Aber lassen Sie sich von dieser Buchstabensuppe nicht entmutigen. Nur wenige Typen werden allgemein verwendet, und die Hersteller neigen dazu, übermäßig geekige Spitznamen zugunsten aussagekräftigerer Namen zu vermeiden, die auf eine wesentliche Qualität des Filaments wie Flexibilität (NinjaTek’s Ninjaflex und Polymaker’s Polyflex, zum Beispiel) und Stärke (Makerbot, XYZprinting) anspielen und Ultimaker alle auf dem Markt erhältlichen Filamente namens Tough PLA).

Filament-Grundlagen

Beim 3D-Druck verwendete Filamente sind Thermoplaste, also Kunststoffe (auch bekannt als Polymere), die beim Erhitzen eher schmelzen als verbrennen, geformt und geformt werden können und sich beim Abkühlen verfestigen. Das Filament wird in eine Heizkammer in der Extruderbaugruppe des Druckers eingeführt, wo es bis zu seinem Schmelzpunkt erhitzt und dann durch eine Metalldüse extrudiert (gespritzt) wird, während sich die Extruderbaugruppe bewegt, wobei ein in eine 3D-Objektdatei programmierter Pfad verfolgt wird, um zu erstellen, Schicht für Schicht das gedruckte Objekt. Obwohl die meisten 3D-Drucker einen einzigen Extruder haben, gibt es einige Dual-Extruder-Modelle, die ein Objekt in verschiedenen Farben oder mit verschiedenen Filamenttypen drucken können.

Der Prozess des Druckens mit Kunststofffilament wird entweder Fused Filament Fabrication (FFF) oder Fused Deposition Modeling (FDM) genannt. Sie sind dasselbe; das Akronym FDM ist eine Marke des 3D-Druck-Pioniers Stratasys Corp., sodass andere Hersteller ihre eigenen Namen kreierten, um die Technologie ihrer Drucker zu beschreiben; FFF hat sich durchgesetzt. Auch heute noch werden die Namen, außer in Prospekten einiger Hersteller, synonym verwendet.

Filament wird in Spulen mit einem Gewicht von 0,5 kg bis 2 kg verkauft. Das Filament ist in zwei Stärken erhältlich, 1,75 Millimeter und 3 Millimeter. (Letzteres ist in Wirklichkeit etwas dünner, etwa 2,85 Millimeter.) Die überwiegende Mehrheit der Filamente ist vom Typ 1,75 Millimeter; Ultimaker und LulzBot gehören zu den wenigen Herstellern, deren Drucker die dickere Größe verwenden. Das Gewicht wird fast immer in metrischen Einheiten angegeben.

Werfen wir nun einen Blick auf einige der beliebtesten und wichtigsten Filamenttypen.

Das dynamische Duo: ABS und PLA

Die mit Abstand gängigsten Filamenttypen sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polymilchsäure (PLA). Die meisten einfachen 3D-Drucker sind darauf ausgelegt, ausschließlich diese Filamente zu verwenden. Ein Teil ihrer Attraktivität besteht darin, dass sie relativ günstig sind und nur 20 US-Dollar pro Kilogramm kosten.

Lassen Sie sich nicht vom sperrigen chemischen Namen von ABS abschrecken; Es ist derselbe Kunststoff, der in Legos verwendet wird. Aus ABS gedruckte Objekte sind robust, langlebig und ungiftig. Es hat einen relativ hohen Schmelzpunkt mit einer Drucktemperatur von 210 bis 250 Grad Celsius. Die unteren Ecken von Objekten, die mit ABS gedruckt werden, neigen dazu, sich etwas nach oben zu krümmen, insbesondere wenn Sie ein nicht beheiztes Druckbett verwenden. Während des Druckens kann ABS einen beißenden, unangenehmen Geruch abgeben, daher wird es am besten mit einem geschlossenen Rahmendrucker in einem gut belüfteten Raum verwendet.

PLA hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt mit nutzbaren Temperaturen zwischen 180 Grad und 230 Grad Celsius. Es ist pflanzlich und biologisch abbaubar. Es ist härter als ABS, druckt ohne Verziehen und ist im Allgemeinen einfach zu verarbeiten, obwohl es in seltenen Fällen Extruderstaus verursachen kann. PLA wird oft als Basismaterial für exotischere Verbundmaterialien verwendet, auf die wir gleich noch eingehen werden.

Nylon

Nylon ist ein unglaublich vielseitiges synthetisches Material, das in den 1930er Jahren entwickelt wurde und in allem, von Zahnbürsten über Fallschirme und Reifen bis hin zu Strümpfen, und jetzt in 3D-Druckerfilamenten Verwendung gefunden hat. Im Kern ist es ein Polymer oder Kunststoff (genauer gesagt eine Familie von Kunststoffen). Es ist stark und langlebig, aber dennoch flexibel und gehört zu den preisgünstigsten Filamenten für den 3D-Druck. Es schmilzt bei einer höheren Temperatur (etwa 240 Grad Celsius) als die meisten Filamente. Nicht alle 3D-Drucker sind für diese Hitze ausgelegt – einige häufig verwendete Substanzen im Extruder geben bei dieser Temperatur Dämpfe ab. Wie bei ABS neigen auch mit Nylon bedruckte Objekte zum Verziehen, was durch die Verwendung eines beheizten Druckbetts gemildert werden kann.

Flexibles Filament

TPEs (oder thermoplastische Elastomere) sind Thermoplaste mit hoher Elastizität (wenn auch noch weit entfernt von beispielsweise Gummibändern); Damit bedruckte Objekte sind relativ flexibel. Ein gängiger TPE-Typ ist thermoplastisches Polyurethan (TPU), für das NinjaFlex ein beliebtes Beispiel ist.

Lösliche Filamente: HIPS und PVA

Eines der eingängigeren Akronyme, HIPS, steht für schlagfestes Polystyrol. HIPS ist preisgünstig, leicht und kann geschliffen, geklebt und mit Acrylfarben gefärbt werden. Es ähnelt ABS, außer dass HIPS in Limonene, einem auf Zitrusfrüchten basierenden Lösungsmittel, löslich ist, was es zu einer guten Wahl als Stützmaterial macht, wenn mit einem Dual-Extruder-Drucker mit einem zweiten Material (wie ABS oder PLA) gedruckt wird die sich nach dem Drucken auflösen könnten. Es druckt auch alleine gut und ist das von LulzBot für seinen LulzBot Mini 3D-Drucker (bei Amazon Kanada) empfohlene Filament, das unsere Wahl der Redaktion verdient hat. MakerBot Dissolvable Filament besteht ebenfalls aus HIPS.

Ein weiteres lösliches Filament ist PVA (Polyvinylalkohol), das sich bequem in Wasser auflöst. PVA ist geruchlos, ungiftig und biologisch abbaubar. Es hat einen niedrigen Schmelzpunkt und kann bei Überhitzung eine Extruderdüse verstopfen. Es wird häufig als Trägermaterial in Dual-Extruder-Druckern verwendet; Ich habe den Ultimaker 3 (bei Amazon Kanada) getestet, indem ich ein Testobjekt – eine Schachtel in einer Schachtel – mit PLA für die Schachteln selbst und PVA als Träger gedruckt habe. Nachdem das Objekt gedruckt war, tauchte ich es in warmes Wasser, und das PLA löste sich allmählich auf, wobei das Paar verschachtelter Kästen zurückblieb.

Verbundfilamente

Verbundfilamente haben eine Basis aus PLA oder einem anderen Thermoplast, in das Partikel, Pulver oder Flocken anderer Materialien eingemischt wurden. Einige sind Holzmischungen, andere enthalten Sandstein oder Kalkstein, und wieder andere enthalten verschiedene Arten von Metallen, darunter Eisen, Aluminium, Messing, Bronze und Kupfer. Diese Filamente übernehmen einige der Eigenschaften der Materialien, mit denen sie gemischt wurden. Ein weiterer beliebter Verbundwerkstoff ist Kohlefaser; Objekte, die daraus gedruckt werden, nehmen einen Teil der Festigkeit der Faser. Ein Nachteil dieser Verbundfilamente besteht darin, dass sie erheblich mehr kosten als Nicht-Verbundfilamente.

Jenseits von Kunststofffilamenten: Drucken auf Harzbasis

Bei der heutigen Verbreitung von FFF-Druckern wird leicht übersehen, dass es Modelle auf dem Markt gibt, die auf anderen Technologien basieren, die kein Filament verwenden. Die wichtigste davon ist die Stereolithographie (alias SLA), die erste 3D-Drucktechnologie, die entwickelt wurde und die sehr detaillierte, hochauflösende Drucke ermöglicht. Preisschilder für SLA-Drucker für den gewerblichen Einsatz können gut fünf- (und sogar sechs-)stellig sein, aber wir haben einige preisgünstigere Modelle gesehen, die für Bastler und Handwerker geeignet sind.

Beim SLA-Druck zeichnet ein UV-Laser die Form des zu druckenden Objekts Schicht für Schicht auf einem UV-empfindlichen Harz (auch bekannt als Photopolymer oder Photopolymerharz) nach, das sich in einer Schale oder Wanne befindet, und das dem Laser ausgesetzte Harz härtet aus um das gedruckte Objekt zu bilden. Die Harze sind in 500-Milliliter- und 1-Liter-Flaschen erhältlich, wobei die Preise der Druckerhersteller bei etwa 100 US-Dollar pro Liter beginnen. Einige Hersteller haben Harze für Festigkeit, Flexibilität, Steifheit und andere Qualitäten formuliert, und solche Harze neigen dazu, mit einem Aufpreis verkauft zu werden. Harze litten unter einer begrenzten Farbpalette und waren in der Regel auf schwarz, grau, weiß und klar beschränkt, obwohl in letzter Zeit einige heller gefärbte und metallische Harze verfügbar wurden.

DLP ist eine Form der Stereolithographie, die anstelle des Lasers einen Projektor als Lichtquelle verwendet und sichtbares Licht anstelle von Ultraviolett verwendet. Der Projektor, der die DLP-Technologie (Digital Light Processing) von Texas Instruments verwendet, projiziert eine Reihe von Bildern in einen Bottich aus Photopolymerharz, ähnlich den Harzen, die beim SLA-Druck verwendet werden, um das Objekt Schicht für Schicht aufzubauen.

Jetzt, da Sie alles wissen, was Sie über die beliebtesten Filamente wissen müssen, sollten Sie unsere Kaufberatung für 3D-Drucker lesen, die Bewertungen der besten Modelle enthält, die wir kürzlich getestet haben. Sie können sich auch ansehen, was ein Early Adopter über seine Zeit beim Erlernen des Druckens in 3D zu sagen hatte.