Filament / Resin

Filament und Resin – Das 3D Drucker Material

Für die Verarbeitung in 3D-FDM-Druckern werden Filamente eingesetzt. In den allermeisten Fällen sind diese auf an oder in den 3D Druckern installierbare Rollen mit verschiedenen Standardgewichten aufgewickelt. Diese werden über einen vom Extruder abgesetzten oder auch integrierten Antrieb (Feeder) in den Extruder geführt, der das Material mit genau definierter Temperatur schmilzt und über eine feine Düse (Standard-ø 0,4 mm) ausgibt. Der Feeder enthält oft auch einen Filamentsensor, der das Filamentende oder einen Materialbruch signalisieren kann.

Als Standard-Durchmesser für 3D Drucker Filamente haben sich die Durchmesser 2,85 mm und 1,75 mm durchgesetzt. Heute gibt es eine große Anzahl an Filamenten für die verschiedensten Druckaufgaben und Druckobjekte. Hier kann man als Nutzer anhand des gewünschten Ergebnisses entscheiden:

• Will man in den 3D-Druck einsteigen und auf Anhieb gutaussehende Druckobjekte herstellen? 
• Muss das Druckobjekt später hohen mechanischen Belastungen widerstehen, schlag- und verwindungsfest sein? 
• Muss es besondere Anforderungen erfüllen wie etwa lebensmittelecht sein, eine besonders glatte Oberfläche aufweisen, hoch filigran oder besonders leicht sein? 
• Sollen damit besondere Aufgaben erfüllt werden wie etwa in der Dentaltechnik? 
• Soll es mit anderen Materialien kombinierbar oder mehrfarbig sein?
• Soll es spezielle Aufgaben erfüllen wie z. B. als Stütz- und Füllmaterial dienen oder später spurlos herauslösbar sein?
• Soll es später biologisch abbaubar sein?
• Soll es bestimmte Materialien ersetzen wie etwa Plexiglas, Holz, Metall?

Filamentarten – PLA Filament, PLA+ Filament, PETG Filament & ABS Filament

In der nachfolgenden Aufstellung zeigen wir die wichtigsten und vor allem im Privatbereich am häufigsten eingesetzten Filamentarten mit ihren Eigenschaften, Einsatzzwecken und Verarbeitungshinweisen auf.

Darüber hinaus sind zahlreiche Spezial-Filamente verfügbar wie z. B.:

• leitfähiges PLA
• Holz-Filament (Wood, mit Holzfasern versetztes PLA)
• Metall-Filament (PLA mit Metallzusätzen, auch magnetisch)
• Farbwechsel-PLA (temperaturabhängiger Farbwechsel oder fluoreszierend)
• Spezialfilamente vorwiegend für den professionellen Einsatz wie Wachs, Karbon, Keramik, ASA, PC, PP, POM, PMMA.

PLA Filament / PLA+ Filament

Einsatzbereiche: Einstieg, Allrounder, Kleinteile, Modellbau
Drucktemperatur: 190 bis 210°C
Heizbetttemperatur: 40 bis 60°C

Vorteile PLA Filament / PLA+ Filament:

• Einfach handhabbar, einsteigergerecht
• Biologisch abbaubar, da aus nachwachsenden Rohstoffen
• Drucker mit Heizbett nicht unbedingt nötig (aber empfohlen)
• Niedrige Drucktemperatur
• Geringer Verzug (Warping)
• Bei sorgfältiger Druckabstimmung glatte Oberflächen erzielbar
• Geringer Aufwand für Haftung auf dem Druckbett
• In vielen Farben bis hin zur Mehrfarbigkeit und eingeschlossenen Farb- und Materialeffekten verfügbar
• Lebensmittelecht (Aber: Nicht spülmaschinengeeignet, nicht für heiße Lebensmittel geeignet. Beim Druck für Einsatz im Lebensmittelbereich eigene, gereinigte Düse einsetzen.)

In der Lieferform PLA+ kann PLA durch beigemischte Additive in bestimmten Eigenschaften (wie z. B. für höhere Festigkeit oder Temperaturbeständigkeit) aber auch für weiter vereinfachtes Drucken (wie z. B. von Überhängen und Hohlräumen) optimiert werden.

Nachteile PLA Filament / PLA+ Filament:

• Niedriger Schmelzpunkt ab 60°C
• Geringe Festigkeit dünnwandiger und feiner Objekte
• Stark hygroskopisch (bei hohem Wasseranteil im PLA bilden sich beim Schmelzen Gasblasen, die den Drucker beschädigen können und Fehl-/Schadstellen im Druckobjekt erzeugen)
• Besonders bei unsachgemäßer Lagerung schnell spröde und neigt dann zum Bruch

ABS Filament

Einsatzbereiche: Robuste, höher belastete Objekte wie z. B. Zahnräder, stabile Gehäuse, Spielzeuge
Drucktemperatur: 220 bis 260°C
Heizbetttemperatur: 90 bis 110°C

Vorteile ABS Filament:

• Druckobjekte hochfest, schlagzäh, flexibel, kratzfest, leicht
• Hohe Temperaturbeständigkeit >100°C
• Guter Materialfluss ohne Verstopfungsgefahr der Düse
• Gering bis nicht hygroskopisch

• Nicht umweltfreundlich (ölbasiert)
• Erzeugt beim Drucken giftige Dämpfe (Raum belüften)
• Nicht lebensmittelecht
• Hoher Verzug (Warping) beim Schichtaufbau/Abkühlen möglich, deshalb Druckbettheizung mit hoher Temperatur erforderlich und geschlossener Bauraum empfohlen
• Maßhaltigkeit durch Schrumpfeffekte geringer als bei anderen Druckmaterialien

PETG Filament (PET mit Glykolzusatz):

Einsatzbereiche: Allrounder, robuste, höher belastete, auch flexible Objekte, Lebensmittelecht
Drucktemperatur: 190 bis 230°C
Heizbetttemperatur: 70 bis 90°C

Vorteile PETG Filament:

• Einfach druckbar, ähnlich wie PLA, bruchfest, thermoformbar, geruchsneutral und auch nach Abkühlen glasklar
• Geringes Warping
• Mechanisch robuste und langlebige Eigenschaften ähnlich wie ABS
• Resistent gegen viele Chemikalien
• Sehr glatte Oberflächen durch Flämmen erzielbar
• Lebensmittelecht
• Voll recyclebar

• Bis zum endgültigen Abkühlen klebrige Oberfläche
• Je nach Fabrikat schwierig mit Stützmaterial zu verarbeiten
• Kratzempfindliche Oberfläche
• Druckgeschwindigkeit stark abhängig von der jeweils zulässigen Drucktemperatur
• Eintrübung und Versprödung im dauerhaften Außeneinsatz

Hinweis zur Lagerung und Druckvorbereitung von Filamenten

Die meisten Filamente sind hygroskopisch, deshalb sollte man sie unbedingt luftdicht lagern wie z. B. in Vakuum-Beuteln oder in geschlossenen Behältern mit Trocknungsmitteln.

Es gibt auch so genannte Dryer (Trockner), die über eine Klimatisierung in einem geschlossenen Behälter verfügen und so das Filament trocken halten. Für die Vorbereitung zur Verarbeitung empfehlen sich beheizbare Dryer, die das Material auch beim Drucken laufend leicht aufheizen und erst in die freie Umgebung abgeben, wenn der Feeder es transportiert. Dies hat den Vorteil, dass es der Neigung mancher Materialien wie PLA zum Verspröden und Brechen beim Transport zum Extruder entgegenwirkt.

Resin – Flüssigharz für den Einsatz in SLA-, LCD- und DLP-3D-Druckern

Im Hobbybereich sind LCD- und DLP-Drucker am meisten verbreitet, SLA-Drucker auf Laserbasis sind hingegen eher im preislich höheren Bereich angesiedelt. SLA-, LCD- und DLP-3D-Drucker bauen Objekte Schicht für Schicht auf. Dabei verwenden diese 3D Drucker Resin oder auch Resin Harz bzw. Flüssigharz genannt.

Eigenschaften von Kunstharzdrucken

Da das Fertigen von Harzdrucken mit einem flüssigen Material und sehr feinen Schichten im Mikrometerbereich erfolgt, die unter Lichteinfluss dicht miteinander und homogen verschmelzen, erhält man ohne Nachbearbeitung sehr glatte Flächen und einen höchst filigran möglichen Objektaufbau. Die Flächen und Objekte lassen sich nachträglich gut mit Farbe beschichten, weiter polieren, fräsen etc. Auch Stützstrukturen lassen sich sehr sauber entfernen und ihre Anschlussstellen gut glätten.

Zu beachten ist, dass je nach Angabe des Resin-Herstellers die fertigen Objekte noch eine bestimmte Aushärtungszeit benötigen, um ihre endgültige Materialstruktur auszubilden. Diese Aushärtungszeit erfolgt bestenfalls unter Sonnenlicht bzw. alternativ mit UV-Licht und warmer Umgebungstemperatur. Noch nicht komplett ausgehärtete Oberflächen fassen sich noch nicht komplett glatt, sondern eher etwas schmierig-klebrig an.

Die so gefertigten Teile sind sehr stabil, glattflächig sowie wasser- und luftdicht. Kunstharzdruck weist keinerlei Schrumpfung, Verzug etc. auf und ist so extrem maßhaltig herstellbar. Damit eignen sich SLA-Drucke vielfach sogar noch besser für den kommerziellen Prototypen- oder Kleinserienbau als FDM-Drucke.

Das Kunstharz bzw. das Resin ist in verschiedenen Grundfarben und zusätzlich in transparent lieferbar, sodass man Druckstücke durchgefärbt herstellen kann.

Auch bestimmte Materialeigenschaften des fertigen Teils wie weich/flexibel/federnd, extrem hart/schlagfest/keramisch oder wärmebeständig werden durch spezielle Kunstharze erreicht.

Vollständig ausgehärtetes und gereinigtes Resin ist lebensmittelecht. Es wird sogar in der Dentalmedizin und der Chirurgie eingesetzt.

Resin nicht ohne Schutzausrüstung verwenden

Resin in flüssiger Form enthält für den Menschen giftige Stoffe. Vor allem der sehr schädliche Hautkontakt sowie die Aufnahme von Dämpfen durch Schleimhäute und Lunge sind unbedingt zu vermeiden. Deshalb sind beim Umgang mit Resin chemikalienfeste Schutzhandschuhe, eine Schutzbrille und ggf. eine Atemschutzmaske Pflicht, um die eigene Gesundheit zu schützen. Geschlossene Räume sind zu belüften, unbeteiligte Personen und Tiere fernzuhalten.

Dies gilt auch für das nach dem Druck folgende Auswaschen des Druckobjekts mit Reinigungsalkohol (IPA, Isopropanol). In einem Behälter ausgewaschen, setzt sich das abgewaschene Kunstharz in diesem ab. Man kann das Kunstharz dann aus der Reinigungsflüssigkeit herausfiltern und ausgehärtete Kunstharzreste im Restmüll entsorgen.

Der so gereinigte Alkohol kann mehrfach verwendet und u. a. auch zum Reinigen des Druckers selbst eingesetzt werden. Dabei eignet sich die Verwendung besonders zur Reinigung des Harzbehälters und der Projektionsfolie, die den Boden des Druckers bildet. Diese ist vorsichtig und ohne mechanischen Druck zu reinigen, da sie für ordnungsgemäße Drucke immer völlig glatt und kratzerfrei sein muss.