Ist PLA-Filament leitfähig (Sind irgendwelche Filamente leitfähig)?

Wussten Sie, dass es einige Filamente gibt, die tatsächlich Strom transportieren können? Obwohl sie vielleicht nicht allgemein bekannt sind oder für diese Angelegenheit verwendet werden, gibt es definitiv leitfähige Filamente, mit denen Sie einige wahnsinnig interessante Projekte drucken können.

Nun stellt sich die Frage, wie leitfähig ist normales PLA und gibt es PLA-Varianten, die leitfähig sind?

Ich werde diese beiden Fragen in diesem Artikel beantworten und behandeln, auf welche Probleme Sie beim Drucken mit leitfähigen Filamenten stoßen können, welche Filamente Sie erhalten sollten und vieles mehr.

Fangen wir also an!

Ist PLA-Filament leitfähig?

PLA fällt in die Kategorie der nichtleitenden Filamente, da es einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 10 ¹⁶ hat Ωm, ähnlich wie die meisten anderen Kunststoffarten, was es zu einem großartigen elektrischen Isolationsmaterial macht, solange es in einem festen Zustand (kalt) ist. Nach dem Erhitzen wird PLA weicher und leitfähiger und kann nicht mehr sicher als Isoliermaterial verwendet werden.

Polymilchsäure (PLA) ist ein biologisch abbaubarer Thermoplast und kann, wie ich gerade erwähnt habe, im Bereich von Raumtemperatur bis etwa 70 °C ein hervorragender elektrischer Isolator sein. Sie können PLA für elektrische Isolierungszwecke verwenden, da sein spezifischer Widerstand und seine Durchbruchfestigkeit – bis zu 70 °C – denen von Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und anderen aus Erdöl gewonnenen Kunststoffpolymeren ähneln, wodurch es im festen Zustand extrem nicht leitend wird Zustand.

Allerdings besteht das Problem bei der Verwendung von PLA in elektrischen Anwendungen als Isolator darin, dass seine elektrische Leitfähigkeit stark von der Temperatur abhängt; Bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg (70 °C) steigt die elektrische Leitfähigkeit von PLA deutlich an.

Der Grund dafür ist, dass PLA bei Temperaturen über seiner Tg in einen gummiartigen Zustand übergeht, was aufgrund der Mikro-Brownschen Bewegung seiner Molekülketten zu einem plötzlichen und signifikanten Anstieg seiner elektrischen Leitfähigkeit führt.

Da PLA mit steigender Temperatur seine isolierenden Eigenschaften verliert, ist es nicht ratsam, es in elektrischen Anwendungen mit hoher Wärmeentwicklung zu verwenden, da dies zu Kurzschlüssen führen könnte. PLA eignet sich jedoch perfekt für Anwendungen mit niedriger Spannung und geringer Wärmeentwicklung.

Gibt es leitfähige Filamente?

Eine begrenzte Auswahl an leitfähigen Filamenten ist derzeit verfügbar und wird in der DIY-Community schnell immer beliebter. Aber seien Sie nicht zu aufgeregt, im Moment sind diese Filamente nur für den Einsatz in einfachen Schaltungen und kleinen elektronischen Projekten geeignet, aber Sie können sie dennoch verwenden, um nützliche und aufregende Dinge zu machen, die von 3D-Modellen mit eingebetteten LEDs bis hin zu Autos reichen -Bettnivellierungssensoren.

Das beliebteste und meines Wissens nützlichste leitfähige Filament ist das leitfähige PLA von Protopasta. Es hat einen spezifischen Widerstand von 15 Ohm pro Zentimeter, was es für den Anschluss einfacher elektronischer Komponenten wie Sensoren, Knöpfe, LED-Leuchten und andere geeignet macht.

Leitfähige PLA-Filamente werden im Allgemeinen durch Zugabe von Graphen, graphitisiertem Kohlenstoff und anderen Zusätzen gebildet, die die Leitfähigkeit von normalem PLA erhöhen. Sie sind nur für Niederspannungsschaltkreise geeignet, bei denen Spannung und Strom unter 60 Volt bzw. 100 mA bleiben, aber diese Grenzwerte können je nach Filamenttyp und -marke variieren.

Es gibt mehrere Marken, die diese Arten von Filamenten herstellen, auf die ich gleich noch eingehen werde. Sie müssen nur wissen, dass diese Arten von leitfähigen Filamenten viel teurer sind und Ihnen nicht erlauben, komplexe Schaltkreise oder ähnliches zu erstellen.

Wie leitfähig sind diese Filamente?

Nicht alle auf dem Markt erhältlichen Filamenttypen und -marken sind gleichermaßen leitfähig, achten Sie also auf den elektrischen Widerstandswert des Filaments, bevor Sie sich zum Kauf entscheiden.

Der spezifische Widerstand eines elektrischen Leiters ist nur ein Maß dafür, wie gut sein Material dem Stromfluss widersteht. Sie wird in Ωcm gemessen und ist umgekehrt proportional zur Leitfähigkeit; Je niedriger der spezifische Widerstand, desto leitfähiger ist das Material.

Glücklicherweise sind all diese Informationen direkt auf der Filamentrolle oder auf der Website des Herstellers verfügbar.

Leitfähige 3D-Drucke haben ein faszinierendes Verhalten und sind im Allgemeinen nicht in jeder Ebene gleich leitfähig, da sie entlang der X- und Y-Achse kontinuierlich gedruckt werden, aber entlang der Z-Achse werden die Schichten übereinander extrudiert, was bedeutet, dass es weniger werden Kontaktfläche und daher weniger Leitfähigkeit entlang der Z-Achse als entlang der X- und Y-Achse.

Wenn es um die Ausrichtung eines Drucks geht, sollten Sie im Wesentlichen sicher sein, dass er in der richtigen Ausrichtung gedruckt wird, damit die Teile, die am leitfähigsten sein müssen, insgesamt mehr Kontaktfläche haben.

Beispiele für leitfähige Filamente

Leitfähiges PLA-Proto-Pasta-Filament:ist ein PLA-basiertes Filament mit einem spezifischen Widerstand von 15 Ohm.cm und ist in Durchmessern von 1,75 mm und 2,85 mm erhältlich. Es erfordert eine Drucktemperatur von 195–225 °C und eine Betttemperatur von 50–60 °C.

Electrifi Leitfähiges Filament: ist ein proprietärer Metall-Polymer-Verbundstoff, der hauptsächlich aus einem biologisch abbaubaren Polyester (höchstwahrscheinlich PLA) und Kupfer besteht. Es kostet 196,00 $ pro 100 Gramm und hat einen spezifischen Widerstand von 0,006 Ω.cm. Es ist in den Durchmessern 1,75 mm und 2,85 mm erhältlich. Es erfordert eine Drucktemperatur von 130-160 ºC und eine Betttemperatur von 50-60 ºC.

Leitfähiges SUNLU ABS-Filament: ist ein Filament auf ABS-Basis, das 40,01 $ pro 1 KG kostet. Es ist nur mit einem Durchmesser von 1,75 mm erhältlich. Es erfordert eine Drucktemperatur von 220-240 ºC und eine Betttemperatur von 20-120 ºC.

AMOLEN Leitfähiges schwarzes PLA-Filament: ist PLA-basiertes Filament, das 22,99 $ pro 200 Gramm kostet. Es hat einen spezifischen Widerstand von 1,42 Ω·cm und ist mit einem Durchmesser von nur 1,75 mm erhältlich. Es erfordert eine Drucktemperatur von 220–250 °C und eine Betttemperatur von 0–50 °C.

Verwendung von leitfähigen Filamenten

Leitfähige Filamente haben es uns ermöglicht, leichte, langlebige und flexible Niederspannungsschaltkreise zu entwickeln, was als Durchbruch auf dem Gebiet der tragbaren Elektronik gilt, da 3D-gedruckte flexible elektrische Sensoren beispielsweise nahtlos in Kleidung integriert werden können.

Leitfähige Filamente können auch im Telekommunikationsbereich nützlich sein, um hochgradig kundenspezifische elektromagnetische und Hochfrequenzabschirmungen, Filter, Antennen und andere Komponenten zu drucken. Industrielle und wissenschaftliche Labore und Gesundheitseinrichtungen können von der Verwendung von 3D-gedruckten EMI- und HF-Abschirmungen gegen konkurrierende Signale profitieren, die empfindliche Geräte fehlerhaft machen können.

Ingenieure, Maker und Heimwerker können leitfähige Filamente verwenden, um verschiedene Arten von Schaltkreisen, kapazitive Sensoren jeder Form für industrielle und technische Anwendungen, Tastaturen, Gamecontroller und aufregende Arduino-Projekte herzustellen.

Denken Sie daran, dass leitfähige Filamente nicht für Hochspannungs- oder Hochtemperaturanwendungen verwendet werden können, da sie schmelzen und kurzschließen.

Kostenlose Ausdrucke zum Testen von leitfähigen Filamenten

Einige sehr kreative Menschen haben Wege gefunden, leitfähige Filamente zu verwenden, um erstaunliche 3D-Drucke zu erstellen, einige funktionaler als andere, aber der Fantasie sind hier keine Grenzen gesetzt.

• Batterietester.
• Taschenlampe.
• Elektrifizierter Terminator.

Wenn Sie daran interessiert sind, weitere geniale 3D-Drucke zu finden, die zum Drucken mit leitfähigem Filament entwickelt wurden, lesen Sie diesen Artikel auf Hackday oder verwenden Sie unsere eigene Suchmaschine, um Dateien zum Drucken zu finden.

Probleme beim Drucken mit leitfähigem Filament

Kurzschlussprobleme:Wie ich bereits erwähnt habe, liegt die Glasübergangstemperatur von PLA bei etwa 70 °C, was bedeutet, dass es nach Erreichen dieser Temperatur weicher und leitfähiger wird, was zu Kurzschlüssen führen kann. Verwenden Sie im Wesentlichen kein leitfähiges PLA, es sei denn, Sie wissen, dass es diesen Temperaturen niemals nahe kommen wird.

Leitfähige Filamente sind abrasiv :Leitfähiges PLA ist im Allgemeinen mit Kohlenstoff angereichert, was ihm seine leitfähigen Eigenschaften verleiht, aber es wird an der Extruderdüse extrem abrasiv. Wenn Sie eine Messingdüse verwenden, ersetzen Sie diese wahrscheinlich, nachdem Sie nur 500 g Filament gedruckt haben.

Düse verstopft :Leitfähige Filamente sind schwieriger zu drucken, was bedeutet, dass die Druckgeschwindigkeit verringert und gleichzeitig die Düsentemperatur erhöht werden sollte, um Verstopfungen zu vermeiden.

Schlussfolgerung

Leitfähige Filamente sind eine der unterhaltsamsten Ergänzungen in der Welt des 3D-Drucks, auch wenn sie die eigentliche Kupferverdrahtung nicht wirklich ersetzen können. Aber wenn Sie einen Gaming-Controller, eine Taschenlampe oder sogar diesen Terminatorkopf mit LED-Licht herstellen möchten, den ich zuvor verlinkt habe, dann ist leitfähiges Filament der richtige Weg.

Denken Sie nur daran, es mit Bedacht einzusetzen und elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden!

Ich hoffe, diese Informationen waren hilfreich!

Ich wünsche Ihnen einen schönen Tag!

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