Welche Materialien werden beim 3D-Druck verwendet?

Es handelt sich um folgende Technologien:

1. Schmelzen von Kunststofffilament (FFF/FDM),
2. Stereolithografie (SLA/DLP),
3. Sintern von Polymerpulvern (SLS) und Sintern von Metallpulvern (DMLS/SLM/EBM),
4. Spritzgießen und Aushärten des Materials (MJ),
5. Spritzgießen und Aushärten des Bindemittels (Binder Jetting),
6. Schmelzen einer Metallelektrode (DOD),
7. Laminieren von Materialbahnen (UAM, LOM).

Laut den neuesten Erhebungen zur Nutzung additiver Technologien dominieren eindeutig 3, und zwar FDM, SLS und SLA.

Deshalb gehen wir in diesem Blog auf die am häufigsten verwendeten Materialien für diese 3 Technologien ein.

Materialien für FDM/FFF

PLA – (Polylactid) umweltfreundliches Polymer – am einfachsten zu verarbeiten und mit hoher Festigkeit. Es ist jedoch spröde und weist eine geringe Temperaturbeständigkeit auf.

ABS – (Acrylnitril-Butadien-Styrol) – weist eine hohe Temperaturbeständigkeit und Schlagzähigkeit auf. Die Basisvariante von ABS weist jedoch eine hohe Schwindung auf, weshalb die Erzeugnisse dazu neigen, sich zu verziehen und von der Druckplatte abzulösen. Verbesserte Eigenschaften bieten die Materialien ABS-X und ABS-T mit verringerter Schwindung.

PETG – (Polyethylenterephthalat + Glykol) –  kombiniert die Eigenschaften von PLA und ABS. Es lässt sich somit leicht drucken und weist eine höhere Schlagzähigkeit und Temperaturbeständigkeit auf als PLA.

NYLON – ein anspruchsvolles Material beim Drucken, das eine hohe Schlagzähigkeit aufweist.

TPU – es handelt sich um ein flexibles Material, das anspruchsvoll zu drucken ist.

PC – das festeste Material für die FDM Technologie mit hoher Temperaturbeständigkeit.

Einen Vergleich der Eigenschaften dieser Materialien finden Sie in der folgenden Abbildung:

Vergleich der Materialeigenschaften

Materialien für SLS

Nylon 12 (Polyamid PA12) – das am weitesten verbreitete und am besten verfügbare Material für die SLS Technologie. Es weist eine hohe Festigkeit und eine hervorragende chemische Beständigkeit auf.

Nylon 11 (Polyamid PA11) – weist eine höhere Schlagzähigkeit auf und ist flexibler als Nylon 12. Es hat jedoch eine geringere Festigkeit.

Nylon mit Kohlenstofffaserzusatz – Kohlenstofffasern erhöhen die Steifigkeit und die Temperaturbeständigkeit des Materials.

Glasfaserverstärktes Nylon – Glasfasern erhöhen die Steifigkeit, die Temperaturbeständigkeit und die Beständigkeit des Materials gegen abrasiven Verschleiß.

Nylon mit Zusatz von Mineralpartikeln – Mineralpartikel erhöhen die Steifigkeit, die thermische Stabilität und die Dichte des Materials.

Nylon mit Zusatz von Aluminiumpartikeln – Aluminiumpartikel verleihen dem Material ein metallisches Aussehen und erhöhen seine Steifigkeit und Zerspanbarkeit.  

Nicht brennbares Nylon – dabei handelt es sich um ein zertifiziertes Material für Konsumgüter und die Luftfahrtindustrie mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften.

Materialien für SLA/DLP

Bei diesen Technologien ist es schwierig, die Materialien selbst genau zu beschreiben, da die meisten Hersteller eigene chemische Patente besitzen und eigene Materialien für ihre Fertigungsanlagen liefern.

Daher ist es wesentlich einfacher, die Materialien für SLA/DLP in 4 Materialgruppen einzuteilen:

1. Standardharze – sind für den Prototypenbau bestimmt und weisen eine glatte Oberfläche auf. Sie können auch transparent sein. Es handelt sich um den am besten verfügbaren Harztyp.

2. Technische Harze – weisen spezifische chemische und mechanische Eigenschaften auf. Damit die Materialien die gewünschten Eigenschaften erreichen, müssen sie in einer Kammer mit UV-Licht nachgehärtet werden.

Die am weitesten verbreiteten technischen Harze weisen üblicherweise folgende Eigenschaften auf:

• hohe Festigkeit,
• hohe Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß,
• hohe Temperaturbeständigkeit,
• enthalten Zusätze von Glas- oder Keramikpartikeln (zur Erhöhung der Festigkeit, der Temperaturbeständigkeit usw.),
• Flexibilität.

3. Harze für die Dentalindustrie und die Medizin – sind nach der Sterilisation mit menschlichem Gewebe verträglich.

4. Harze für Gussanwendungen – weisen nach dem Ausbrennen in der Form einen geringen bis keinen Ascherückstand auf. Sie werden als „Mastermodell“ in Gießformen mit hoher Detail- und Oberflächenqualität eingesetzt.

Wie aus diesem Beitrag hervorgeht, gibt es für jede additive Technologie eine relativ große Anzahl unterschiedlicher Materialien. Um das gewünschte Material richtig auswählen zu können, ist es sinnvoll, einen Überblick über die verfügbaren Technologien und die jeweiligen Materialien zu haben. Für einen objektiven Vergleich empfehlen wir, die technischen Datenblätter der einzelnen Materialien miteinander zu vergleichen.

Die Zahl der Technologien und Materialien nimmt weiterhin deutlich zu, und auch in den nächsten Jahren dürfen wir uns voraussichtlich auf weitere Neuheiten freuen.