Informationen über Filamente

Filamente für Einsteiger: Welches Material sollte ich für den 3D-Druck nutzen?

Welche Materialien werden im 3D-Druck eingesetzt? Was sind die Unterschiede? Worauf sollte ich achten? Die Antworten auf diese und weitere Fragen erhalten Sie hier.


Wie bereits im Artikel “Alles über 3D-Drucker” erklärt, gibt es zwei Arten von 3D-Druckern: 3D-Drucker für den industriellen Bereich und 3D-Drucker, die in Architekturbüros, Designstudios oder auch im privaten Bereich eingesetzt werden. Dabei ist das gängigste Druckverfahren das FDM- beziehungsweise FFF-Verfahren, bei dem ein 3D-Druck-Objekt schichtweise aus schmelzfähigem Kunststoff aufgebaut wird, dem sogenannten Filament. Filamente unterscheiden sich in Material, Farbe, Durchmesser und Länge. Die gängigsten Materialien sind ABS und PLA.

Das werden Sie erfahren:

  • Vorteile und Nachteile von ABS und PLA

  • Kleiner Exkurs zu speziellen Filamenten

  • Typische Anwendungsgebiete für unterschiedliche Filamente

  • Empfohlene Temperaturbereiche während des 3D-Druck

  • Hilfestellung zu Preis, Durchmesser und Bezugsquellen

 

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Welche Filamente gibt es im 3D-Druck?

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)

Das synthetische Terpolymer ABS wird vielfach in der Industrie eingesetzt, um Abflussrohre, Autoteile, elektronische Baugruppen oder Kopfschutz herzustellen. Im täglichen Leben begegnet uns ABS häufig in Haushaltsgeräten, Koffern oder Spielsachen: Sogar die berühmten Legosteine sind aus ABS.

ABS ist strapazierfähig, robust, etwas biegsam und dabei sehr hitzebeständig. 3D-Drucker, die mit ABS drucken, nutzen normalerweise ein Hot End, in dem das Filament erhitzt und geschmolzen wird, bevor es durch die Düse austritt (Temperaturbereich circa 210 bis 250°Celsius). Um Risse oder den Verzug beim 3D-Druck (Warping) zu vermeiden, sind 3D-Drucker für ABS mit einem beheizten Druckbett ausgestattet.

ABS ist eines der günstigsten Filamente für den 3D-Druck und war bis vor kurzem auch das beliebteste Material der 3D-Druck-Community. Das Filament eignet sich für viele Anwendungszwecke, lässt sich gut nachbearbeiten und bemalen. Bruchstücke oder einzelne Bestandteile lassen sich mit ABS-Kleber einfach zusammenkleben.

ABS gibt es normalerweise in den Farben Weiß, Schwarz, Rot, Blau und Grün oder transparent; 3D-Drucke aus ABS haben eine matte Optik, lassen sich aber mithilfe von Aceton glätten, um ein glänzendes Finish zu erhalten: ABS ist nämlich acetonlöslich (Acenton ist Basis der meisten Nagellackentferner).

So praktisch und beliebt ABS ist, hat es auch einige Nachteile: Das synthetische Terpolymer lässt sich zwar recyclen, ist aber nicht biologisch abbaubar. Da beim Druck mit ABS Dämpfe entstehen, sollte der 3D-Drucker am besten an einem gut belüftbaren Ort aufgestellt oder um einen speziellen Abzug ergänzt werden. Es gibt auch 3D-Drucker-Modelle, die mit einem HEPA-Filter oder Aktivkohlefilter ausgestattet sind, um den Dämpfen Herr zu werden.

Ist ABS langfristig dem Sonnenlicht ausgesetzt, kann das Material zerfallen. Außerdem nimmt ABS mit der Zeit Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf, was sich negativ auf 3D-Druck-Ergebnisse auswirken kann. Wer sein ABS-Filament über einen längeren Zeitraum nicht nutzt, sollte die Spule in einem blick- und luftdichten Gefäß aufbewahren.

Spezielle Filamente aus ABS

Es gibt nur wenige spezielle Filamente aus ABS, darunter Smart ABS. Smart ABS (auch unter der Bezeichnung ABSpro bekannt) bietet ein optimiertes Layer Bonding, das heißt, die einzelnen Schichten halten besser zusammen. 3D-Druck-Objekte aus Smart ABS schrumpfen weniger, sodass die Gefahr des Verziehens (Warping) um rund 30 Prozent sinkt. Da Smart ABS hauptsächlich für funktionelle Zwecke eingesetzt wird, ist die Farbauswahl klein. Eine weitere ABS-Innovation ist das biegsame ABS: Das spezielle Filament ist bruchfest, widerstandsfähig und soll bis zu 200 Prozent biegsamer als normales ABS sein.

 

PLA (Polylactide)

PLA ist ein biologisch abbaubares Polymer, das aus nachwachsenden Rohstoffen wie Zuckerrohr, Kartoffel- oder Maisstärke hergestellt wird. Damit ist PLA das umweltfreundlichste Filament im 3D-Druck. PLA wird beispielsweise für medizinische Nähte oder Implantate verwende: Implantierte Schrauben oder Stangen aus PLA werden im Körper abgebaut und in ungefährliche Milchsäure umgewandelt. Aber auch in Lebensmittelverpackungen, Einmal-Geschirr oder Windeln begegnet uns PLA im täglichen Leben.

PLA gilt als sicheres und lebensmittelechtes Material für den 3D-Druck. Doch Vorsicht: Wer Becher oder anderes Geschirr aus PLA drucken möchte, sollte einen kritischen Blick auf die Farben werfen. Leider geben nur wenige Hersteller die chemische Zusammensetzung der verwendeten Pigmente an; so lässt sich nicht immer zweifelsfrei feststellen, ob sie harmlos sind. ColorFabb bietet zum Beispiel einige lebensmittelechte Filamente auf PLA-Basis an.

PLA ist robust, aber etwas spröde. Der Temperaturbereich liegt etwa bei 160 bis 220°Celsius und damit etwas niedriger als bei ABS. Ein beheiztes Druckbett ist nicht dringend notwendig, kann sich aber positiv auf die Qualität des 3D-Druck-Objekts auswirken (bei 50 bis 60°Celsius). PLA kühlt nur sehr langsam aus; wer den Kühlungsprozess beschleunigen möchte, kann seinen 3D-Drucker um einen speziellen Ventilator ergänzen. Aber Achtung: Ist der Luftstrom zu stark, kann sich das 3D-Druck-Objekt verformen.

Erhitztes PLA gibt lediglich einen leichten Duft ab, den viele Menschen sogar mögen (erinnert an Pancakes mit Ahornsirup); mit dem Filament lässt sich also auch gut in geschlossenen Räumen drucken.

PLA lässt sich gut nachbearbeiten und mit Acrylfarbe bemalen; besonders gut klappt das, wenn vorher eine Grundierung aufgetragen wird. 3-Druck-Erzeugnisse aus PLA lassen sich allerdings nicht ganz so gut kleben wie ABS-Objekte; nur mit Sekundenkleber (Cyanacrylate) werden meist gute Ergebnisse erzielt. Vorsicht: Nutzen Sie dabei am besten eine Sicherheitsbrille und Handschuhe, da der Kleber sehr schnell aushärtet. PLA ist nur in Natriumhydroxid löslich, das auch in Abflussreinigern eingesetzt wird. Da dieses Ätznatron sogar einige Glasarten auflösen kann, sollte es nur mit äußerster Vorsicht eingesetzt werden.

Weil es umweltfreundlicher als alle anderen Filamente auf Erdöl-Basis ist, ist PLA in der 3D-Druck-Community sehr beliebt.  

Ein kleiner Nachteil von PLA ist, dass es nicht allzu hitzebeständig ist: Bereits bei etwa 50° Celsius wird das Material wieder weich (zum Vergleich: ABS wird erst ab etwa 100°Celsius weich). Wer möchte, kann diese Eigenschaft zu seinem Vorteil nutzen und das 3D-Druck-Objekt mit einer Heißluftpistole bearbeiten, zu Recht biegen oder einzelne Teile zusammenschweißen.

Da sich PLA verhältnismäßig einfach verarbeiten lässt, gilt es als ideales Einsteiger-Filament. Mit der Zeit nimmt das Material allerdings Wasser aus der Umgebungsluft auf; meist wird es dadurch spröder, benötigt eine höhere Drucktemperatur und lässt sich allgemein schwerer verarbeiten. Um das zu vermeiden, sollte man das Filament luftdicht lagern, solange es nicht im Einsatz ist. Einige Anbieter, wie JUST3DP, bieten kleinere Verpackungseinheiten an, damit nach dem 3D-Druck-Prozess möglichst wenig Rest-Filament übrig bleibt; ideal für Anwender mit einem niedrigen Verbrauch.

 

Spezielle Filamente aus PLA

PLA-Filamente sind in vielen Farben erhältlich, ob durchsichtig oder massiv. Darüber hinaus bieten einige Hersteller Varianten an, die bei Dunkelheit leuchten, ihre Farbe unter UV-Strahlen ändern oder glitzern. Ebenfalls beliebt sind Filamente aus PLA, die mit Holz, Ton oder Metall angereichert wurden, um so eine holz-, stein- oder metallartige Textur zu erreichen. 3D-Filamente aus PLA werden gerne für dekorative Zwecke eingesetzt - sicher einer der Gründe für die große Vielfalt.

Darüber hinaus gibt es aber auch immer wieder Entwicklungen im Bereich PLA-Filamente, die dazu dienen, die Druckqualität zu erhöhen: Das PLA / PHA-Filament von ColorFabb punktet zum Beispiel mit allen Vorteilen von PLA, ist aber zugleich widerstandsfähiger und nicht so zerbrechlich.

 

Lösliche Filamente als Supportmaterial
PVA (Polyvinylalkohol)

PVA ist ein spezielles, wasserlösliches Plastik, das als Papierkleber, in Damenhygieneartikeln oder Kinderknete eingesetzt wird. Im 3D-Druck wird PVA gerne als Trägermaterial verwendet, um 3D-Druck-Objekte mit Überhang zu stützen, wenn mit zwei oder mehreren Extrudern gearbeitet wird. Komplexe 3D-Druck-Objekte wie Figuren oder Modelle haben häufig Überhänge, die quasi in der Luft gedruckt werden müssten (zum Beispiel die lange Nase einer Büste); sie lassen sich ohne Trägerstruktur kaum umsetzen und würden sich verziehen oder einfach in sich zusammenfallen. In diesen Fällen kommt häufig PVA zum Einsatz.
Ist der 3D-Druck abgeschlossen, kann man das 3D-Objekt einfach in Wasser legen, bis sich das gesamte PVA aufgelöst hat. Das Filament wird normalerweise bei 190°Celsius gedruckt, lässt sich allerdings nicht ganz einfach verarbeiten: PVA ist gerade bei hoher Luftfeuchtigkeit sehr empfindlich und zieht viel Wasser, was mit starken Qualitätseinbußen einhergeht. Daher sollte es schnellstmöglich verarbeitet werden oder luftdicht gelagert und bestenfalls vor dem 3D-Druck-Prozess getrocknet werden. PVA gilt als vergleichsweise teures Filament.

HIPS

HIPS ist ein Polystyrol-Kunststoff, der vielfach in der Lebensmittelverpackungsindustrie zum Einsatz kommt. Das Filament wird gerne als Trägermaterial für 3D-Drucke mit mehreren Extrudern verwendet, da es sich in Limonen, einer farblosen Flüssigkeit auf Basis von Kohlenwasserstoff, vollständig auflöst.

Weitere Filamente für den 3D-Druck

Die vorgestellten Filamente gehören zu den gängigsten im 3D-Druck. Für spezielle Zwecke gibt es noch eine Vielzahl weiterer Materialien, auf die wir an dieser Stelle nur am Rande eingehen:

  • Poröse, schwammartige Filamente: Filamente mit einer schaumstoff- oder filzartigen Struktur eignen sich gut, um weiche 3D-Druck-Objekte herzustellen. Es gibt sie aus unterschiedlichen Basisstoffen: Ein Beispiel ist ein gummiartiges Polymer mit einer wasserlöslichen PVA-Komponente.

  • Biegsame, gummiartige Filamente: Die wichtigsten flexiblen Filamente sind TPE, TPU und biegsames PLA (weitere Beispiele sind TPC und FPE). TPE ist ein thermoplastisches Polymer, das sehr weich und gummiartig ist. Viele 3D-Drucker haben Probleme mit TPE, da es die Düse verstopfen kann. Gelungene 3D-Druck-Objekte aus TPE sind sehr flexibel und springen immer wieder in ihre Form zurück.
    TPU steht für Thermoplastisches Polyurethan; TPU-Filamente sind elastisch, transparent und ziemlich resistent gegen Abnutzungen. Je weicher und flexibler ein Filament ist, desto schwieriger gestaltet sich der Druck. Allgemein lässt sich sagen, dass 3D-Drucker mit einem Direct Drive besser mit biegsamen Filamenten drucken, als solche mit Bowden Extruder. Um enttäuschende 3D-Druck-Ergebnisse zu vermeiden, fragt man am besten beim Hersteller nach dem geeigneten Filament. Der Härtegrad der Filamente wird in sogenannten Shore Durometer angegeben.

  • Besonders widerstandsfähige Filamente: Zu den widerstandsfähigsten Filamenten gehören XT Co-Polyester, ein spezielles Polymer von ColorFabb sowie ein mit Karbon verstärktes Filament. Darüber hinaus sind Nylon-Filamente eine gute Option für 3D-Werkstücke, die sehr widerstandsfähig sein sollen. Der Hersteller Taulman 3D gehört hier zu den Marktführern. Was jeder kennt ist PET (Polyethylenterephthalat), den glasklaren Stoff, aus dem unsere Plastikflaschen hergestellt werden. PET wird auch als Filament geschätzt, da es sehr leicht und zugleich widerstandsfähig ist. Ein beliebtes PET-Filament ist Taulman T-Glase.

Welches Filament ist das Richtige für mich?

Neben der Materialwahl ist der Durchmesser ein wichtiges Kriterium für die Auswahl des richtigen Filaments. Die meisten Hersteller bieten standardmäßig 1,75 und 3 Millimeter Durchmesser. Achten Sie vor dem Kauf darauf, welcher Durchmesser sich für Ihren 3D-Drucker eignet und prüfen auch die Durchmessertoleranz des Herstellers. Sie sollte so gering wie möglich sein, um ein gutes 3D-Druck-Ergebnis zu erzielen und die Düse nicht zu verstopfen.
Der Preis eines Filaments richtet sich meist nach dem Gewicht. Standardspulen enthalten ein oder zweieinhalb Kilogramm des Filaments. Einige Hersteller bieten auch Meterware, insbesondere bei besonderen Farben oder -materialien. Die meisten Filamente kosten zwischen 10 und 50 Euro pro Kilogramm; wer sich für ein Filament ab 25 Euro aufwärts entscheidet, kann meist von einer besseren Qualität ausgehen, die herstellerseitig permanent geprüft wird.

 

Weitere Informationen zum 3D-Druck erhalten Sie in unserem Artikel “Alles über 3D-Drucker". Viele der behandelten Filamente gibt’s auch bei uns im Onlineshop. Viel Spaß beim Stöbern!