Filament: Das nötige Verbrauchsmaterial für 3D-Drucker

Filament dient als Verbrauchsmaterial für 3D-Drucker und wird meist auf Rollen vertrieben.
Filament dient als Verbrauchsmaterial für 3D-Drucker und wird meist auf Rollen vertrieben. © 75098987 - 8vfanDP, depositphotos.com

Die meisten Verbraucher nutzen im Büro, Homeoffice oder privaten Gebrauch einen oder mehrere Drucker. Dabei werden Ihnen Begriffe wie Tinte oder Toner sicherlich bekannt sein, die Sie in einem Tintenstrahldrucker oder Laserdrucker als Verbrauchsmaterial für gestochen scharfe und kontrastreiche Ausdrucke benötigen. In der Industrie, und mittlerweile auch in einigen Haushalten, finden sich aber auch sogenannte 3D-Drucker, mit welchen Sie Prototypen oder Modelle erstellen können. Diese Geräte nutzen meist Filamente als Druck- bzw. Baumaterial. Was ein solches Filament eigentlich ist, woraus es besteht, welche Unterschiede es gibt und für welche Anwendungen ein solches geeignet ist, soll Thema dieses Beitrags sein.

Verbrauchsmaterialien für einwandfreie Ergebnisse

Dank unserer langjährigen Erfahrung im Bereich Drucker und Druckerzubehör wissen wir, dass Sie mit Ihrem Drucker nur dann herausragende Resultate erzielen, wenn Sie das benötigte Verbrauchsmaterial verwenden. Ein Tintenstrahldrucker ohne die nötige Tinte kann ebenso wenig ordnungsgemäß seiner Arbeit nachgehen wie ein Laserdrucker ohne Toner. Für den 3D-Druck wird Filament als Baustoff verwendet, denn ein 3D-Drucker „druckt“ nicht im herkömmlichen Sinn, sondern modelliert dreidimensionale Werkstücke. 

3D-Drucker: Unterschiedliche Verbrauchsmaterialien für unterschiedliche Drucktechniken

Bei den 3D-Druckern gibt es unterschiedliche Technologien, die sich für verschiedene Anwendungsbereiche eignen. So wird in Stereolithografie, selektives Lasersintern, Fused Deposition Modeling (FDM) und Laminated Object Manufacturing unterschieden. Dabei ist das Fused Deposition Modeling, auch Fused Filament Fabrication genannt, besonders verbreitet. Die hierbei zum Einsatz kommende Schmelzschichtung wird mittels Filament erzeugt. Dieses wird geschmolzen und Schicht für Schicht so aufgetragen, dass die zuvor am Computer erstellte Vorlage zu einem dreidimensionalen Modell zusammengefügt wird.

Mit einem 3D-Drucker und dem richtigen Filament können Sie diverse Modelle, Formen und Objekte erstellen.
Mit einem 3D-Drucker und dem richtigen Filament können Sie diverse Modelle, Formen und Objekte erstellen. © 72351219 – aa-w, depositphotos.com

Die meisten 3D-Drucker arbeiten schichtweise, allerdings nicht alle mit dem gleichen Verbrauchsmaterial. So gibt es Modelle, die ebenfalls mit Papier Figuren erstellen. Dank innovativer Technologien und fortschreitender Entwicklung gibt es mittlerweile auch solche 3D-Drucker, welche mithilfe von Stammzellen und Gewebe ganze Organe „drucken“ können. Diese Verfahren sind jedoch noch nicht zur Gänze ausgereift. Tatsächlich gibt es allerdings bereits Geräte, die für die Modellage von Lebensmitteln eingesetzt werden, so zum Beispiel für Nudeln. In diesem Artikel möchten wir uns allerdings auf das FDM-Verfahren beschränken.

Filamenttypen und ihre Unterschiede

Je nach Druckermodell und Anwendungsbereich gibt es verschiedene Filamenttypen, die für Sie und Ihr Gerät in Frage kommen. Besonders verbreitet sind das PLA– und ABS-Filament. Darüber hinaus werden außerdem Peek-, Ninjaflex-, PVA- sowie Nylon-Filamente und viele weitere genutzt. Dabei weisen die verschiedenen Filamenttypen diverse Eigenschaften auf, welche sich nach einigen Kriterien unterscheiden:

  • Farbe
  • Durchmesser
  • Beheiztes Bett
  • Drucktemperatur
  • Druckgeschwindigkeit
  • Glastemperatur
  • Kosten

Achtung! Befolgen Sie in jedem Fall die Angaben des Herstellers in Bezug darauf, welche Filamenttypen für Ihren 3D-Drucker geeignet sind, da Sie andernfalls nicht nur schlechtere Ergebnisse erhalten, sondern auch erhebliche Schäden am Gerät hervorrufen können.

Die Farbauswahl

Wohingegen anfangs zunächst nur schwarze und weiße Filamente gängig waren, werden heute zahlreiche Farben angeboten, die kaum vom Filamenttypus abhängen. So können Sie je nach Anwendungsbereich, Druckauftrag und persönlichen Wünschen Ihr Modell gestalten.

Mittlerweile gibt es Filamente in fast allen Farben, sodass Ihrer Kreativität diesbezüglich kaum Grenzen gesetzt sind.
Mittlerweile gibt es Filamente in fast allen Farben, sodass Ihrer Kreativität diesbezüglich kaum Grenzen gesetzt sind. © 59612533 – 8vfanDP, depositphotos.com

Durchmesser

Vertrieben werden die meisten Filamente aufgewickelt wie Draht auf Rollen. Dieser Filament-Draht weist überwiegend einen Durchmesser von 1,75 mm bis 3 mm auf. Es ist dabei stets darauf zu achten, welchen Durchmesser Ihr 3D-Drucker verarbeiten kann.

Das Heizbett

Mit dem Heizbett oder beheizten Bett wird gemeinhin die Platte bezeichnet, auf welcher das Modell gefertigt wird. Damit das Verbrauchsmaterial nicht spröde wird während des Drucks, müssen nicht nur die Düsen, welche das Objekt formen, beheizt sein, sondern auch die Platte, auf welcher das Gebilde entsteht. Je nach Drucker und Technologie werden dabei unterschiedliche Temperaturen eingesetzt.

Die meiste Hitze wird bei den Filamenten ABS, Nylon, BlendLay und PC benötigt. Hier kommen Temperaturen von ungefähr 110°C bis 130°C zum Einsatz. Beim Laywoo-D3- und PLA-Filament hingegen werden nur Temperaturen bis circa 60°C. genutzt 

Zu beachten ist, dass ein beheiztes Bett nicht bei jedem 3D-Drucker integriert ist. Es dient allerdings der besseren Haftung der zu druckenden Modelle.

Die Drucktemperatur

Die Drucktemperatur ist, wie der Name bereits vermuten lässt, die Temperatur, mit welcher das Objekt gedruckt wird. Dabei gibt es Unterschiede zwischen der Schmelz- und der Verarbeitungstemperatur, wobei letztere meist höher ist, damit das Filament problemlos durch die Düsen gelangt und formbar bleibt. 

Je höher die benötigte Verarbeitungstemperatur, desto höher fällt folglich auch der Stromverbrauch aus. So wird für PC-Filament, welches für den Druck auf circa 275°C bis 285°C erhitzt werden muss, mehr Energie benötigt als für PVA-Filament, welches eine Verarbeitungstemperatur von circa 180°C bis 205°C aufweist.

Achtung! Die Drucktemperatur ist nicht gleich der Glastemperatur.

Die Druckgeschwindigkeit

Wie bei jedem Laserdrucker, Tintenstrahldrucker, Plotter oder Multifunktionsgerät spielt vor allem in der Industrie die Druckgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle. Denn Zeit ist bekanntlich Geld. Doch gerade, da 3D-Drucker zu den jüngsten Entwicklungen in der Druckerbranche zählen und der  Aufwand für die Ergebnisse ein größerer ist, kann man sie kaum mit herkömmlichen Drucksystemen vergleichen. Die Druckgeschwindigkeit ist jedoch ebenfalls vom Gerät selbst, dem verwendeten Verbrauchsmaterial sowie der Detailliertheit des Modells abhängig. So erzielen Sie mit einem PC-Filament und dem dazu passenden Gerät eine Geschwindigkeit von rund 20 mm bis 25 mm pro Sekunde, wohingegen mit dem Laywoo-D3 40 mm bis 100 mm pro Sekunde möglich sind.

Die Glastemperatur

Die Glastemperatur beschreibt, ab welcher Temperatur das Filament im 3D-Drucker zu schmelzen beginnt. Je geringer die Temperatur hier ausfällt, desto geringer ist auch der benötigte Stromverbrauch; ähnlich wie bei der Drucktemperatur. Hier punkten das Laywoo-D3- und das PLA-Filament. Letzteres beginnt schon zwischen circa 45°C bis 65°C zu schmelzen. Bei ABS- und PC-Filamenten hingegen liegt die Schmelztemperatur zwischen 110°C bis 125°C und verursacht so einen höheren Energieverbrauch.

Die Kosten

Da es mittlerweile auch günstigere 3D-Drucker für den Heimgebrauch auf dem Markt gibt, haben sich im Allgemeinen auch die Kosten für das Verbrauchsmaterial verringert. Wir von TintenCenter sind als ordentlicher Online-Händler für Druckerzubehör stets bemüht, Ihnen besonders faire Konditionen zu bieten. Bei uns finden Sie für die meisten Drucker der bekannten Marken das Passende sowohl im Original als auch als kompatible Variante. Stöbern Sie gern durch unser breit gefächertes Sortiment an Tintenpatronen, Tonern und vielem weiteren Zubehör für Ihre Drucker und Multifunktionsgeräte.

PLA-Filament als Allrounder

Wie bereits weiter oben angemerkt, gibt es diverse Filamenttypen für die verschiedenen Anwendungen. Das PLA-Filament ist neben ABS vor allem für den Heimgebrauch und die Konstruktion von Modellen sehr beliebt geworden. Aus diesem Grund soll auf dessen Eigenschaften und Besonderheiten näher eingegangen werden.

PLA-Filament: Zusammensetzung

PLA-Filamente oder Polyactide sind ein Kunststoff und bestehen aus synthetischen Polymeren. Sie gehören zur Gruppe der Polyester und werden hauptsächlich aus regenerativen Rohstoffen wie Maisstärke gefertigt. Um als wertiges Filament für den 3D-Druck zu fungieren, werden meist weitere Additive beigemischt, um verschiedene Eigenschaften zu erzielen.

Verwendung und Eigenschaften

PLA ist nicht nur als Filament bekannt, sondern wurde bereits vor der Innovation der 3D-Drucker als nützlicher Kunststoff in der Sportindustrie und für Funktionskleidung verwendet, da es wenig Feuchtigkeit aufnimmt. Mittlerweile gehört PLA neben ABS zu den am weitesten verbreiteten Filamenten. Dank seiner Biokompatibilität ist PLA lebensmittelecht und weist während des Druckvorgangs im Gegensatz zu ABS keinen unangenehmen Geruch auf. Zudem kann es durch die geringe Feuchtigkeitsaufnahme sowie die starke UV-Beständigkeit gut gelagert werden. Zusammen mit der schweren Entflammbarkeit machen diese Eigenschaften das PLA-Filament zu einem idealen Verbrauchsmaterial für diverse Anwendungen. Weitere positive Merkmale von PLA sind seine hohe Zugfestigkeit, Oberflächenhärte sowie Steifheit.

Allerdings ist die eher mäßige Hitzebeständigkeit mit einer Schmelztemperatur um die 65°C weniger geeignet für Anwendungen, bei denen dieses Filament starker Hitze ausgesetzt ist. Zudem ist der biologische Abbau dieses Stoffes aufgrund seiner Biokompatibilität ein Trugschluss. Dies ist ausschließlich industriell realisierbar.

Tipp: Als biologisch abbaubar gelten einige Lignin-Blends.

Der Druckvorgang

Im Gegensatz zum ABS-Filament tritt bei der Verwendung von PLA beim Druck der unerwünschte Warping-Effekt kaum auf. Allerdings sollte auf ein beheiztes Bett aufgrund der relativ niedrigen Schmelztemperatur verzichtet werden. Auch bei der Nachbearbeitung sollten Sie Vorsicht walten lassen, wenn Sie zum Beispiel Ihr erstelltes Modell aus PLA fräsen oder bohren möchten. Da das Filament nur mäßig schlagfest ist, kann dies dem Objekt erheblichen Schaden zufügen. Splittern und Abplatzen kleiner Stücke sind die Folge. Die geringe Dichte und somit das leichte Gewicht von PLA machen dieses Filament allerdings wiederum zu einem geeigneten Stoff für viele Modellarbeiten.

Wie weiter oben erwähnt, sollte die Drucktemperatur zwischen 180°C und 250°C liegen. Erstellen Sie idealerweise einige Testdrucke, um die passende Temperatur für Ihre Druckvorhaben zu nutzen. Weitere Einstellungen wie der Düsendurchmesser, die Druckgeschwindigkeit sowie die Schichthöhe können bei den meisten Druckern über die Software nach Ihren Wünschen angepasst werden. Da bei PLA in den meisten Fällen der unerwünschte Warping-Effekt ausbleibt, können Sie sowohl auf einem kalten oder beheizten Bett drucken. Beachten Sie hierbei allerdings die Schmelztemperatur ab 60°C. Das Heizbett sollte sich demzufolge nicht mehr als bis zu maximal 50°C aufheizen.

Damit Ihre Druckaufträge eine bessere Haftung erhalten, ist es hin und wieder sinnvoll, Abklebeband (Blue Tape) zu nutzen, welches Sie auf dem Druckbett anbringen können. Achten Sie dabei allerdings darauf, dass das Klebeband nicht überlappt. Einige nutzen auch starkes Haarspray, um eine bessere Haftung des Modells auf dem Druckbett zu erwirken. Dies ist allerdings nur dann vorteilhaft, wenn Sie die Standfläche aus dem Drucker herausnehmen und reinigen können, da bei solchem Spray meist Rückstände bleiben.

ABS: Ein Filament mit besonderem Härtegrad

Neben PLA gehört auch ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), wie bereits angemerkt, zu einem der beliebtesten Filamente. Dabei sollten Sie jedoch einige Unterschiede zwischen den beiden Filamenttypen nicht außer Acht lassen. Denn sie können nicht für alle Anwendungen gleichsam verwendet werden. Positiv ist, dass sowohl PLA als auch ABS in den meisten 3D-Druckern verwendet werden können.

Eigenschaften und Verwendung von ABS

Das ABS-Filament ist ein synthetisches Polymer und gehört zu den Thermoplasten. Es ist in seiner Struktur amorph. Zusatzstoffe wie Acrylnitril machen dieses Filament besonders widerstandsfähig gegenüber Fetten und Ölen sowie hohen Temperaturen. Im Gegensatz zu PLA riecht es allerdings nach verschmortem Plastik, wenn es zu heiß oder entflammt wird und entwickelt dunklen Rauch, welchen Sie nicht einatmen sollten.

Besonders beliebt ist ABS vor allem aufgrund seiner hohen Festigkeit und Härte, wodurch es sich für vielerlei Anwendungen eignet. Auch seine Kratzfestigkeit ist ein besonders positives Merkmal dieses Verbrauchsmaterials. Aus diesem Grund wird es häufig in der Automobilindustrie, für den Modellbau sowie Elektro- und Feinwerkindustrie verwendet. Die Witterungsbeständigkeit ist mäßig, allerdings höher als bei PLA. Allerdings vergilbt ABS bei zu viel UV-Strahlung und wird schließlich spröde. 

Tipp: Suchen Sie nach einem UV-beständigen Filament ist ASA eine gute Wahl.

Der Druck mit ABS

Der Nachteil der thermischen Eigenschaften von ABS besteht mitunter in dem unerwünschten Warping-Effekt, was bedeutet, dass sich während des Drucks kleine Ecken und Kanten vom Druckbett lösen und dadurch verziehen können. Hier schafft ein beheiztes Bett sowie ein geschlossener Druckraum Abhilfe. Wie beim PLA-Filament kann auch hier Blue Tape und Fixierspray zur besseren Haftung dienen und diesen Effekt mindern. Aufgrund der entstehenden unangenehmen Gerüche beim Schmelzvorgang ist eine gute Belüftung unumgänglich.

Ist das Material ausgehärtet kann es durchaus einfach nachbearbeitet werden, da es eine relativ weiche Oberfläche bei hoher Schlagfestigkeit aufweist. Demzufolge können Sie Ihr gedrucktes Objekt bohren, fräsen, bemalen, lackieren und auf vielerlei Weise nach Ihren Wünschen nachbearbeiten und gestalten.

PLA-Filament vs. ABS-Filament: Ein Vergleich

Wie eingangs bereits angemerkt dient jedes Verbrauchsmaterial einem bestimmten Zweck und eignet sich in speziellem Maße für unterschiedliche Anwendungen. Folglich kann dies auch auf die unterschiedlichen Filamente für 3D-Drucker angewendet werden. Für einen kurzen Überblick soll hierbei eine kleine Tabelle für PLA und ABS dienen. Diese zählen zu den beliebtesten Filamenten, weshalb auf diese beiden Typen im Speziellen eingegangen wurde.

Filamenttyp PLA ABS
Vorteile
  • Biokompatibilität, da aus Maisstärke gefertigt
  • lebensmittelecht
  • Geringe Feuchtigkeitsaufnahme
  • Kein unangenehmer Geruch
  • Gute UV-Beständigkeit
  • Schwere Entflammbarkeit
  • Relativ hohe Zugfestigkeit, Steifheit und Härte
  • Kaum Warping-Effekt
  • Besondere Härte und Festigkeit
  • Widerstandsfähig gegenüber Ölen und Fetten
  • Relativ hohe Hitzebeständigkeit
  • Hohe Kratzfestigkeit
  • Nachbearbeitung durch Fräsen, Bohren, Lackieren usw. möglich
Nachteile
  • Mäßige Hitzebeständigkeit
  • Für Nachbearbeitung durch Bohren oder Fräsen weniger geeignet
  • Mäßige UV-Beständigkeit
  • Nicht selten auftretender Warping-Effekt
  • Mäßige Witterungsbeständigkeit
  • Emissionsbelastung

Je nachdem, welche Anforderungen Sie an das Endergebnis stellen, sollten Sie entsprechend das Filament wählen. Sowohl PLA als auch ABS können von den meisten 3D-Druckern verarbeitet werden.

Filament als Verbrauchsmaterial für Ihren 3D-Drucker: Ein Fazit

Mit Filament lassen sich diverse Objekte erstellen, egal ob abstrakt oder konkret.
Mit Filament lassen sich diverse Objekte erstellen, egal ob abstrakt oder konkret. © 47741197 – ulldellebre, depositphotos.com

Wer einen 3D-Drucker besitzt, muss sich früher oder später Gedanken um das passende Verbrauchsmaterial machen. Die meisten nicht industriell genutzten Geräte arbeiten dabei mit Filament. Dieses gibt es in verschiedenen Arten, welche sich für unterschiedliche Anwendungen eignen. Generell bleibt zu erwähnen, dass Sie ausschließlich das Filament verwenden sollten, welches auch von Ihrem 3D-Drucker verarbeitet werden kann. Informieren Sie sich diesbezüglich im Handbuch Ihres Geräts oder auf der Herstellerseite, um unerwünschte Resultate wie schlechte Modellergebnisse oder verstopfte Druckdüsen zu vermeiden.

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