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Filamente für 3D-Druck - Marktführer PLA mit Anwendungsgrenzen und Alternativen


Sinkende Preise und eine immer weiter voranschreitende Technik eröffnen dem 3D-Druck heute auch im privaten Bereich immer größere Einsatzmöglichkeiten. Heimwerken, Modellbau oder künstlerische Aktivitäten nutzen die nahezu grenzenlose Freiheit des dreidimensionalen Drucks aus unscheinbaren Kunststoff-Filamenten. Neben der Druckerhardware haben sie übrigens einen elementaren Einfluss auf die Qualität der Druckerzeugnisse. Das bekannteste Filament für den 3D-Druck ist PLA. Hier erfahren Sie alles Wissenswerte rund um Eigenschaften, Einsatzmöglichkeiten und alternative Filamentmaterialien.

Was ist PLA?
Das am häufigsten im privaten wie gewerblichen 3D-Druck zu findende Filament ist Polyactic Acid, kurz PLA. Der meist aus Maisstärke oder Zuckerrohr erstellte Kunststoff zeichnet sich selbst im Vergleich zu seinem direkten Konkurrenten um den Thron des meistgenutzten Filaments, ABS, durch einige elementare Vorteile aus.

Die Vorteile
Besonders vorteilhaft für eine einfache Verarbeitung ist die niedrige Schmelztemperatur. Durch sie kann der Druck auch auf Geräten ohne beheiztes Druckbett problemlos erfolgen. Durch die niedrige Verarbeitungstemperatur treten Spannungen beim Auskühlen nur in überschaubarem Rahmen auf und das Schwinden und der Verzug sind zu vernachlässigen. Insgesamt lassen sich mit PLA selbst auf Einsteigergeräten Ergebnisse mit hoher Maßtreue und Qualität erstellen. Da das Filament geruchsneutral und ohne Ausdünstungen verarbeitet werden kann, lässt es sich selbst im privaten Umfeld bedenkenlos einsetzen.

Die Nachteile
Kaum ein Material bietet Vorteile in der Verwendung, die nicht an anderer Stelle mit weniger positiven Eigenschaften erkauft werden müssen. So auch PLA. Seine größten Schwächen liegen in seiner spröden Beschaffenheit, so dass es für flexible bzw. biegsame Bauteile, sowie stoßbeanspruchte Objekte ungeeignet erscheint. Außerdem ergibt sich aus der niedrigen Verarbeitungstemperatur zwangsläufig eine geringe Temperaturbeständigkeit, da das Material logischerweise sowohl beabsichtigt (beim Druck) als auch unbeabsichtigt (als fertiges Druckerzeugnis) unter Hitze schnell deformiert.

Die technischen Kenngrößen
- Festigkeit: hoch
- Flexibilität: gering
- Haltbarkeit: durchschnittlich
- Verarbeitbarkeit: einfach
- Drucktemperatur: 180 bis 230 Grad Celsius
- Druckbetttemperatur: 20 bis 60 Grad Celsius (ohne Beheizung möglich)
- Löslich: nein
- Schrumpf- und Verzugsverhalten: minimal

Die Einsatzbereiche
Auf Grund der zahlreichen positiven Eigenschaften ist es schwer, den Einsatzbereich von PLA-Filamenten im 3D-Druck zu definieren. Einfacher ist es, die Dinge aufzuzählen, für die PLA nicht geeignet ist. Hierzu gehören hitzebeanspruchte Druckerzeugnisse (Behälter für heiße Flüssigkeiten etc.), sowie mechanisch auf Stoß, sowie Biegung beanspruchte Teile (Handyhüllen, Verschleißteile, intensiv beanspruchte Spielzeuge, Werkzeuggriffe etc.).

Die Alternativen
Trotz seiner großen Verbreitung gibt es zahlreiche Alternativen zu PLA als Filament für den 3D-Druck. Je nach Einsatzbereich und technischen Anforderungen können die folgenden, ebenfalls weit verbreiteten Filamente dem PLA überlegen sein:

ABS
Acrylonitril-Butadien-Styrol-Copolymer gilt als das nach PLA am häufigsten verwendete 3D-Filament. Hinsichtlich seiner Materialeigenschaften übertrifft es PLA sowohl bei der Temperaturbeständigkeit, also auch bei der Zähigkeit. Es wird daher in nahezu allen Bereichen, vor allem aber für Smartphone-Hüllen, Spielzeug, Gerätegehäuse und Zierteile im Fahrzeugbau verwendet. Ungeeignet ist das Material dagegen für Verwendungen im Lebensmittelbereich.
Allerdings gehen die Vorteile von ABS mit einer deutlich höheren Drucktemperatur einher. In der Folge sind aufwändigere Drucker erforderlich, die über ein beheiztes Druckbett verfügen. Die Druckerzeugnisse neigen weit mehr zum Verzug während des Abkühlens. Außerdem sondert ABS beim Schmelzen deutlich wahrnehmbar Dämpfe ab, so dass der Druckraum gut belüftet sein muss.
Die technischen Kenngrößen:
- Festigkeit: Hoch
- Flexibilität: mittel
- Haltbarkeit: hoch
- Verarbeitbarkeit: mittel
- Drucktemperatur: 210 bis 250 Grad Celsius
- Druckbetttemperatur: 80 bis 110 Grad Celsius
- Löslich: in Ester, Ketonen und Aceton
- Schrumpf- und Verzugsverhalten: erheblich

PET
Der am weitesten verbreitete Kunststoff überhaupt ist Polyethylenterephthalat, kurz PET. Im 3D-Druck wird er in aller Regel "Glycol-modifiziert" als PETG eingesetzt. Hinsichtlich seiner Eigenschaften lässt sich PET als Mittelweg zwischen den bereits beschriebenen Filamenten aus PLA und ABS bezeichnen. PET ist flexibler und haltbarer als PLA, lässt sich jedoch einfacher verarbeiten und zeigt einen geringeren Verzug als ABS. Die Nachteile dieses Filaments liegen dagegen in einer hygroskopischen Eigenschaft des Kunststoffes. Das bedeutet, er nimmt auf molekularer Ebene Feuchtigkeit aus der Luft auf. Das Material muss daher bis zum Druck trocken und luftdicht gelagert werden. Darüber hinaus zeigt sich der Kunststoff in extrudierter Form stark klebrig, was die Arbeit auf dem Druckbett nicht völlig unkompliziert macht. Zuletzt ist PET zwar schlagfest und widerstandsfähig und vor allem auch im Lebensmittelbereich einsatzbar. Im Vergleich zu ABs zeigt es sich jedoch deutlich anfälliger für optische Kratzer auf der Oberfläche.

Die technischen Kenngrößen:
- Festigkeit: Hoch
- Flexibilität: mittel
- Haltbarkeit: hoch
- Verarbeitbarkeit: einfach
- Drucktemperatur: 220 bis 250 Grad Celsius
- Druckbetttemperatur: 50 bis 75 Grad Celsius
- Löslich: nein
- Schrumpf- und Verzugsverhalten: minimal

Fazit - drei Gebräuchliche Filamente für unterschiedliche Einsatzbereiche
Betrachtet man die Eigenschaften der vorgestellten Materialien, wird schnell klar, dass es nicht den einen Universal-Favoriten für jede Anwendung gibt. Stattdessen bietet PLA eine sehr einfache Verarbeitung mit nur mittlerer Haltbarkeit der Erzeugnisse. ABS dagegen überzeugt mit hoher Festigkeit und Zähigkeit, was jedoch mit hohem Aufwand und einem deutlichen Verzug der gedruckten Objekte einhergeht. Zuletzt bedarf PET zwar ebenfalls hoher Drucktemperaturen, jedoch überzeugt es durch eine dem ABS gegenüber deutlich einfachere Handhabung bei ähnlich hoher Belastbarkeit. Letztlich liegt es am Verarbeiter, an Hand der individuellen technischen Möglichkeiten, sowie am angedachten Ziel des 3D-Drucks das geeignetste Filament zu wählen.