3D-Druckerfilamente erklärt

So wählen Sie das richtige Filament

Nachdem Sie sich für einen 3D-Drucker entschieden haben, müssen Sie zunächst entscheiden, welchen Filamenttyp Sie verwenden möchten. Es gibt mehrere Dutzend Sorten - sogar abgesehen von den zahlreichen Farben, in denen sie vorkommen. Durch die Oberflächen strömen eine Reihe chemisch klingender Namen: Polymilchsäure, Polyvinylalkohol, Kohlefaser und beispielsweise die zungenverzwirnten thermoplastischen Elastomere. Sie gehen von einer schwindelerregenden Vielzahl von Akronymen, ABS, PLA, HIPS, CPE, PET, PETT, TPE, PVA und PCTPE unter ihnen. Aber lassen Sie sich von dieser Buchstabensuppe nicht entmutigen. Nur wenige Typen sind gebräuchlich, und Hersteller tendieren dazu, übermäßig geekige Moniker zugunsten aussagekräftigerer Namen zu meiden, die auf eine wesentliche Qualität des Filaments hinweisen, wie beispielsweise Flexibilität (NinjaTeks Ninjaflex und Polymakers Polyflex) und Festigkeit (Makerbot, XYZprinting), und Ultimaker alle Marktfilamente genannt Tough PLA).

Filament-Grundlagen

Beim 3D-Druck verwendete Filamente sind Thermoplaste, bei denen es sich um Kunststoffe (auch Polymere genannt) handelt, die beim Erhitzen schmelzen anstatt zu brennen, sich formen und formen lassen und beim Abkühlen erstarren. Das Filament wird in eine Heizkammer in der Extruderbaugruppe des Druckers eingespeist, wo es auf seinen Schmelzpunkt erwärmt und dann durch eine Metalldüse extrudiert (gespritzt) wird, während sich die Extruderbaugruppe bewegt, wobei ein in eine 3D-Objektdatei programmierter Pfad verfolgt wird, um Folgendes zu erzeugen: Schicht für Schicht das gedruckte Objekt. Obwohl die meisten 3D-Drucker einen einzelnen Extruder haben, gibt es einige Modelle mit zwei Extrudern, die ein Objekt in verschiedenen Farben oder mit verschiedenen Filamenttypen drucken können.

Der Prozess des Druckens mit Kunststofffäden wird entweder als Fused Filament Fabrication (FFF) oder Fused Deposition Modeling (FDM) bezeichnet. Sie sind das gleiche; Das Akronym FDM ist eine Marke des 3D-Druck-Pioniers Stratasys Corp., daher haben andere Hersteller eigene Namen entwickelt, um die Technologie ihrer Drucker zu beschreiben. FFF ist derjenige, der aufgefangen hat. Bis auf einige Herstellerbroschüren werden die verwendeten Namen auch heute noch synonym verwendet.

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

Schauen wir uns nun einige der beliebtesten und wichtigsten Filamenttypen an.

Das dynamische Duo: ABS und PLA

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

Lassen Sie sich nicht vom unhandlichen chemischen Namen von ABS abschrecken. Es ist der gleiche Kunststoff wie in Legos. 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 bedruckt werden, neigen dazu, sich leicht nach oben zu wellen, insbesondere wenn Sie ein nicht beheiztes Druckbett verwenden. Während des Druckvorgangs kann ABS einen scharfen, unangenehmen Geruch abgeben. Daher sollte es am besten mit einem geschlossenen Drucker in einem gut belüfteten Raum verwendet werden.

PLA hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt mit verwendbaren Temperaturen zwischen 180 und 230 Grad Celsius. Es ist pflanzlich und biologisch abbaubar. Es ist härter als ABS, druckt ohne Verzerrung und ist im Allgemeinen leicht zu verarbeiten, obwohl es in seltenen Fällen zu Extruderstaus führen kann. PLA wird häufig als Basismaterial für exotischere Verbundwerkstoffe verwendet, auf die wir später noch eingehen werden.

Nylon

Nylon ist ein unglaublich vielseitiges synthetisches Material, das in den 1930er Jahren entwickelt wurde und in allen Bereichen Verwendung fand, von Zahnbürsten über Fallschirme, Reifen bis hin zu Strümpfen und jetzt 3D-Druckerfilamenten. Das Herzstück ist ein Polymer oder Kunststoff (oder genauer gesagt eine Familie von Kunststoffen). Es ist robust und langlebig, aber dennoch flexibel und gehört zu den kostengünstigsten 3D-Druckfilamenten. 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 setzen bei dieser Temperatur Dämpfe frei. Wie bei ABS neigen Objekte, die mit Nylon bedruckt sind, zum Verziehen, was durch die Verwendung eines beheizten Druckbetts gemildert werden kann.

Flexibles Filament

TPEs (oder thermoplastische Elastomere) sind Thermoplaste mit hoher Elastizität (obwohl sie noch weit von beispielsweise Gummibändern entfernt sind); Mit ihnen bedruckte Objekte sind relativ flexibel. Ein üblicher TPE-Typ ist thermoplastisches Polyurethan (TPU), wofür NinjaFlex ein beliebtes Beispiel ist.

Lösliche Filamente: HIPS und PVA

Eines der eingängigeren Akronyme, HIPS, steht für schlagfestes Polystyrol. HIPS ist preiswert, leicht und kann mit Acrylfarben geschliffen, geklebt und gefärbt werden. Es ähnelt ABS, mit der Ausnahme, dass HIPS in Limonen, einem Lösungsmittel auf Zitrusbasis, löslich ist. Dies macht es zu einer guten Wahl, wenn mit einem zweiten Material (wie ABS oder PLA) mit einem Doppelextruder-Drucker gedruckt wird - als Trägermaterial Das könnte nach dem Drucken aufgelöst werden. Es druckt auch gut alleine und ist das von LulzBot empfohlene Filament für den LulzBot Mini 3D-Drucker, der von unserer Redaktion ausgewählt wurde. MakerBot Dissolvable Filament besteht ebenfalls aus HIPS.

Ein anderes lösliches Filament ist PVA (Polyvinylalkohol), das sich zweckmäßigerweise in Wasser löst. 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 Doppelextruderdruckern verwendet. Ich habe den Ultimaker 3 getestet, indem ich ein Testobjekt - eine Box in einer Box - mit PLA für die Boxen selbst und PVA als Träger gedruckt habe. Nachdem das Objekt gedruckt wurde, tauchte ich es in warmes Wasser und die PLA löste sich allmählich auf, wobei das Paar verschachtelter Kisten zurückblieb.

Verbundfilamente

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

Jenseits von Kunststofffäden: Drucken auf Harzbasis

Bei der heutigen Verbreitung von FFF-Druckern ist leicht zu übersehen, dass es Modelle auf dem Markt gibt, die auf anderen Technologien basieren, die keine Filamente verwenden. Zu den wichtigsten zählt die Stereolithographie (auch bekannt als SLA), die erste 3D-Drucktechnologie, die sehr detaillierte und hochauflösende Drucke ermöglicht. Preisschilder für SLA-Drucker für den kommerziellen Gebrauch können durchaus fünf- (und sogar sechsstellig) sein, aber wir haben einige preisgünstigere Modelle gesehen, die für Hobby- und Handwerker geeignet sind.

Beim SLA-Druck zeichnet ein Ultraviolettlaser die Form des zu bedruckenden Objekts Schicht für Schicht auf einem UV-empfindlichen Harz (auch Photopolymer oder Photopolymerharz genannt) 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 werden in 500-Milliliter- und 1-Liter-Flaschen geliefert. Die Preise der Druckerhersteller beginnen bei etwa 100 US-Dollar pro Liter. Einige Hersteller haben Harze für Festigkeit, Flexibilität, Steifheit und andere Qualitäten formuliert, und solche Harze verkaufen sich in der Regel mit einer Prämie. Harze litten unter einer eingeschränkten Farbpalette und waren in der Regel auf Schwarz, Grau, Weiß und Klar beschränkt, obwohl in letzter Zeit einige hellere und metallische Harze erhältlich waren.

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

Nachdem Sie sich mit den beliebtesten Filamenten bestens auskennen, sollten Sie sich unsere Kaufanleitung für 3D-Drucker durchlesen, in der die Testberichte der besten Modelle aufgeführt sind, die wir kürzlich getestet haben. Sie können auch nachlesen, was ein früher Anwender über seine Zeit mit dem Erlernen des 3D-Drucks zu sagen hatte.