Filamente für den 3D-Druck

Filamente für den 3D-Druck

Der vom 3D-Drucker verarbeitete Kunststoff wird Filament genannt und kann in zwei unterschiedlichen Formen genutzt werden. Häufige Verwendung finden Spulen, auf denen das Verbrauchsmaterial als dünner Draht aufgewickelt ist. Es gibt jedoch auch Drucker, die mit Sticks – ähnlich der Heißklebepistole – arbeiten. Diese Variante findet jedoch seltener Anwendung.

Filamente gibt es mit vielen unterschiedlichen Eigenschaften von weich bis hart, fluoreszierend, mit Farbwechsel und sogar auf Holzbasis. Mit unterschiedlichen Eigenschaften ändert sich häufig jedoch auch der Preis, sodass zum Üben das günstige PLA verwendet werden sollte.

Zudem benötigt es etwas Zeit, bis alle Werte des Druckers und der Software richtig eingestellt sind. Erst dann sollte man sich an teures und sicher interessantes Filament wagen.

Verarbeitung von Filament

Filament auf Spulen unterscheidet sich im Durchmesser des Drahtes sowie im Material. Der Durchmesser bildet hierbei bereits ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Da der Drucker weder die Durchflussmenge des Filaments, noch die gedruckte Masse messen kann, muss die zugeführte Menge und damit der Durchmesser des Filaments genau stimmen.

Die Zuführung erfolgt zumeist durch ein Zahnrad, welches auf das Filament drückt und mit der Umdrehung in den Hot End drückt. Dort wird das Filament erhitzt und durch eine weitere Nachführung in die Druckdüse gepresst. Die Nachführung entscheidet somit darüber, wie viel Filament aus der Düse tritt. Schwankt der Durchmesser des Filaments, ändert sich auch das Volumen der Zuführung und damit die Menge des ausgedruckten Materials. Entscheidend für ein gutes Druckergebnis ist somit der gleichbleibende Durchmesser des Filaments.

Filament ist in unterschiedlichen Durchmessern erhältlich – gängig sind die Größen 1,75 mm und 3 mm. Welches Format genutzt wird, spielt prinzipiell keine Rolle, da der Düsendurchmesser über die aufgetragene Menge und somit über das Druckergebnis entscheidet. Je dünner das Filament jedoch ist, um so einfacher und genauer lässt es sich dosieren. Mit einem Zentimeter Filament der Stärke 1,75 mm werden etwa 24 mm³ verarbeitet, bei einem 3 mm Filament bereits fast 70 mm³. Kleinste Schwankungen beim Vorschub des Filaments wirken sich demnach bei einem größeren Durchmesser deutlicher aus.

Filamentmaterialien für unterschiedliche Eigenschaften

Rein theoretisch lassen sich in einem 3D-Drucker alle Materialien verarbeiten, die sich bei Erwärmung verflüssigen und anschließend wieder in den Urzustand übergehen. Mit entsprechender Technik würde das sogar mit Glas, Metall und Keramik funktionieren. Die private Verwendung beschränkt sich jedoch auf einfacher zu bearbeitende Materialien.

ABS

ABS – Acrylnitril-Butadien-Styrol ist ein rein synthetischer Stoff, etwas schwerer zu verarbeiten als PLA, aufgrund seiner besseren Eigenschaften jedoch ein sehr beliebtes Filament. ABS ist hitzebeständiger, gibt bei der Verarbeitung jedoch einen unangenehmen Geruch ab, sodass stets für eine ausreichende Lüftung gesorgt werden muss. Die Verarbeitungstemperatur liegt bei 215 °C bis 250 °C und ein beheizbares Bett von 100 °C sollte zur Verfügung stehen.

BendLay

Bendlay ist ein relativ weiches und flexibles Filament und weist dabei jedoch noch genügend Stabilität auf, um daraus Becher oder Vasen zu gestalten. Interessant ist die klare und leicht silbrig glänzende Optik, die dem Polycarbonat sehr ähnlich ist. Es ist biegsam, widerstandsfähig und sogar lebensmittelecht. Die Druckeigenschaften sind denen von ABS sehr ähnlich.

Laybrick

Ist ein sehr natürlicher Ausdruck als Architektur-Modell gewünscht, kommt Laybrick zum Einsatz. Der sandfarbende Druck lässt sich anschließend bemalen, mechanisch durch Schleifvorgänge bearbeiten und ist bis etwa 70 °C temperaturfest. Praktisch im Modellbau ist die Möglichkeit mit einer unterschiedlichen Temperatur die Oberflächenbeschaffenheit zu ändern. Zwischen 165 °C und 190 °C ist diese sehr glatt und wird mit zunehmender Temperatur ab 200 °C rau. Bei höheren Temperatur sollte mit einem Lüfter gearbeitet und das fertige Modell in der Abkühlzeit nicht berührt oder bewegt werden. Aufgrund der langsamen Verfestigung entsteht beim Druck kein Warp-Effekt (Verziehen des Druckmodells).

Laywood

Holz drucken? Ja, das funktioniert mit Laywood. Dieses Filament besteht aus recycelten Holzfasern und einem Bindemittel als Trägermaterial. Das fertige Modell lässt sich – wie Holz – mit einer Säge oder Feile bearbeiten und auch schleifen. Der Clou ist die Möglichkeit, mittels unterschiedlicher Temperatur die Farbe zu ändern. In dem Bereich von etwa 175 °C bis 250 °C kann Laywood von hell bis dunkel gedruckt werden, sodass sich eine echte Holzmaserung imitieren lässt.

PA

PA – Polyamide sind synthetische Kunststoffe mit besonderen Eigenschaften, die sich vor allem in ihrer Festigkeit und Zähigkeit auszeichnen. Durch verschiedene Zusätze können die Materialeigenschaften geändert und besonderen Ansprüchen angepasst werden. Die Verarbeitungstemperatur liegt bei etwa 240 °C.

PC

PC steht für Polycarbonat und kennzeichnet ein sehr hartes, bis zu 100 °C hitzebeständiges, aber auch optisch klares Filament, welches sich sehr gut spanend weiterverarbeiten lässt. Die relativ hohe Hitzebeständigkeit erfordert allerdings einen höheren Schmelzpunkt und damit eine Extruder-Temperatur von bis zu 350 °C. Auch das Druckbett sollte mit bis zu 130 °C gut vorgeheizt werden, da die sehr hohe Drucktemperatur den Warp-Effekt kaum vermeiden lässt. PC-Filament erfordert gute Erfahrungen im Umgang mit dem 3D-Drucker und ist nicht für Anfänger geeignet.

PLA

PLA – Polylactide sind das am häufigsten verwendete Filament zum 3D-Druck. Sie sind bei der Erhitzung relativ geruchsneutral, recyclebar und leicht zu verarbeiten. Verschiedene Zusammensetzungen ermöglichen variierende Eigenschaften und endlos viele Farben. Die Verarbeitungstemperatur liegt bei 170 °C - 200 °C und eine Vorheizung des Druckbettes bis zu 60 °C ist sinnvoll.

PVA

PVA Polyvinylalkohol ist nicht als übliches Filament zu sehen. Da es wasserlöslich ist, wird es hauptsächlich als Stützmaterial eingesetzt, um den Druck starker Überhänge zu ermöglichen. Hierfür wird PVA in gewünschte Hohlräume oder unter Überstände gedruckt und bietet weiteren Schichten aus dem gewünschten Filament einen sicheren Halt. Nötig ist hierfür jedoch ein Dual-Extruder, der in der Lage ist, zwischen dem Filament PVA und einem anderen zu wechseln. Das fertige Druckobjekt braucht anschließend nur in kaltes Wasser gelegt werden, in dem sich das PVA-Filament vollständig auflöst.

Verarbeitungstemperaturen verschiedener Filamente

Verarbeitungsmaterial Filament Verarbeitungstemperatur Hot End Druckgeschwindigkeit Temperatur beheizbares Bett
ABS 215 - 250 °C 40 - 80 mm/s 100 - 125 °C
BendLay 215 - 240 °C 40 - 80 mm/s 90 - 115 °C
LAYBRICK 165 - 210 °C (glatt - rau) 30 - 50 mm/s 0 - 70 °C
LAYWOOD 175 - 250 °C (hell - dunkel) 40 - 80 mm/s 0 - 0 °C
PA 220 - 250 °C 20 - 40 mm/s 0 - 80 °C
PC 250 - 350 °C 20 - 30 mm/s 130 °C
PLA 170 - 200 °C 20 - 40 mm/s 0 - 60 °C
PVA 190 - 210 °C 20 - 40 mm/s 0 - 60 °C

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Bildnachweis
1. "Filamente für den 3D-Druck": © Riccardo Düring - heimwerker.de

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